储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置及测试方法与流程

本发明涉及油气田开发实验的实验设备及方法领域，更具体地，涉及一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置及测试方法。

背景技术：

近年来，页岩气藏因其资源丰富、潜力巨大而成为研究的热点。渗透率大小对于研究页岩气开发阶段及特征具有重要意义。对于基质页岩来说，一方面，由于纳米孔发育，孔隙度及渗透率极低，常规测试方法难以准确测定其渗透率；另一方面，页岩天然裂缝发育，人工压裂造成的缝网系统极大的增加了近井地带气体的流动能力，岩石渗透率大幅度增加，因此页岩渗透率整体表现为多尺度特征。

页岩渗透率测试方法可分为稳态法和非稳态法。稳态法采用达西渗流定律，当流动状态达到稳定时测量岩心两端的压差、流量并结合其他参数计算渗透率，该方法原理简单、实验流程易于组建，可采用气体或液体作为流动介质，稳态法可作为其他渗透率测试方法的标定方法。稳态法已有50余年的应用历史，在中高渗岩心渗透率测试方面发挥了重要的作用，然而进行致密岩石渗透率测试时，微流量计量困难、稳定时间长等问题制约了该方法的应用。

非稳态法弥补了稳态法的不足，可测试极低渗透率，不需要直接测量流量而且实验时间相对较短。非稳态法主要包括脉冲衰减法、压力衰减法、压力震荡法以及现场脱气法等等，各种方法都有其适用范围，其中脉冲衰减法和压力衰减法的应用较为广泛。脉冲衰减法基于一维非稳态渗流理论，测试岩样非稳态渗流过程中孔隙压力随时间的衰减数据，然后利用解析、数值等数学方法结合相关参数对压力数据进行计算分析，从而获取样品的渗透率，该方法不需要记录岩样的出口流速，具有较高的测试效率，不足之处在于装置对密封性、温度及压力控制精度的要求较高，目前数学处理上难以区分天然裂缝和基质的作用，对于渗透率低于50nd时测试误差较大；压力衰减法可采用不规则块状样品或颗粒状样品，实验装置与气体法孔隙度测试装置类似，其优点是速度快、消除了裂缝的影响，对于难以制成规则形状的样品较为实用，不足之处是结果可重复性差，受粒度影响大而且无法加载围压。

通过上述分析可以看出，页岩多尺度渗透率很难用一种方法来测试，常规稳态法通常只能测定较高渗透率，当渗透率低到一定程度时稳态法流量计量不够准确，而非稳态法多用于测试较低渗透率，非稳态法通常难以准确测定裂缝性页岩等较高渗透率，因此对于不同渗透率的样品需要采用不同的实验装置来测试。

基于这些认识，目前人们对页岩超低渗透率测试已经开展了一些研究，测试方法主要包括压力震荡法、脉冲衰减法、压力衰减法等非稳态方法。压力震荡法是在岩心的上游端施加特定的振荡压力(通常为正弦振荡)，由于样品的渗透性，样品的下游端会出现压力响应，该响应通常表现为相位延迟和振幅减小，测量并标定一些参数后根据相应公式计算渗透率，cn106290118a采用压力震荡法，能够开展三轴应力下岩石超低渗透率测试。脉冲衰减法是在样品上游端突然施加一个压力脉冲，造成上下游端瞬间出现压力差，该压差随着流体流动而衰减，测量压差随时间的变化，进而计算渗透率。cn103163057a以惰性气体为渗透介质，采用脉冲衰减法对致密岩石气体渗透率进行测试，脉冲衰减法可采用不规则岩屑或颗粒样品进行测试，装置主要由参考室和样品室组成，打开阀门后气体在压差作用下从参考室流向样品室，记录压力随时间变化数据，便可求得样品的渗透率；cn103226089a采用颗粒样品建立了页岩基质渗透率测试装置及方法，该方法使基质渗透率测试不受裂缝的影响；cn106442251a采用现场含气量测试过程数据来计算岩心有效渗透率，在数据挖掘方面做了有益的探索。

综上所述，目前对于页岩超低渗透率研究较多，测试方法主要包括脉冲衰减法、压力震荡法以及颗粒渗透率等非稳态方法，而对于低渗及高渗同时测试的装置及方法的研究尚不多见。

因此，有必要开发一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置及测试方法，可同时开展储层条件下低渗及高渗页岩渗透率测试，节约了设备投入，并且能够保证高渗及低渗岩石渗透率的测试精度。

技术实现要素：

本发明提出了一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置及测试方法，其能够同时开展储层条件下低渗及高渗页岩渗透率的测试，节约了设备投入，并且能够保证高渗及低渗岩石渗透率的测试精度。

根据本发明的一方面，提出了一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置，述测试装置包括：

恒温箱；

主体模块，所述主体模块包括岩心夹持器、与所述岩心夹持器两端连接的压差传感器、与所述岩心夹持器的入口连接的第一中间容器和与所述岩心夹持器的出口连接的第二中间容器，所述主体模块设置于所述恒温箱内；

注入模块，所述注入模块连接至所述岩心夹持器的入口；

调节模块，所述调节模块的一端与所述第一中间容器连接，所述调节模块的另一端与所述第二中间容器连接；

围压自动跟踪泵，所述围压自动跟踪泵与所述岩心夹持器相连，用于跟踪调节所述岩心夹持器的围压；

回压阀，所述回压阀设置于所述岩心夹持器的出口；

流量计，所述流量计通过管线与所述回压阀和所述岩心夹持器的出口相连；

数据采集模块，所述数据采集模块与所述压差传感器和所述调节模块通讯连接，用于采集所述测试装置的测试数据。

优选地，所述测试装置还包括：

第一阀门，所述第一阀门的一端通过管线与所述岩心夹持器的入口相连，另一端与抽空装置相连；

第二阀门，所述第二阀门设置于所述岩心夹持器的入口和所述岩心夹持器的出口之间；

第三阀门，所述第三阀门设置于所述第一中间容器和所述岩心夹持器的入口之间；

第四阀门，所述第四阀门设置于所述第二中间容器和所述岩心夹持器的出口之间；

第五阀门，所述第五阀门设置于所述岩心夹持器的出口与所述回压阀之间；

第六阀门，所述岩心夹持器的出口依次与所述第四阀门、所述第六阀门、所述回压阀和所述流量计相连。

优选地，所述测试装置还包括：

第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述第二阀门串联；

第二压力传感器，所述第二压力传感器设置于所述围压自动跟踪泵和所述岩心夹持器之间；

所述第一压力传感器和所述第二压力传感器分别与所述数据采集模块通讯连接。

优选地，所述测试装置还包括：

增压泵，所述增压泵设置于所述注入模块和所述岩心夹持器的入口之间。

优选地，所述注入模块为注入气瓶。

优选地，所述调节模块为双缸泵。

根据本发明的另一方面，提出了一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试方法，所述测试方法包括：

将待测岩心放置于所述岩心夹持器内，通过围压自动跟踪泵设定跟踪压差，并设定恒温箱温度；

对所述岩心夹持器抽真空；

通过注入模块对所述岩心夹持器注入气体至设定压力；

所述待测岩心为低渗透率时，设定调节模块的注入压力和回压压力，获取所述测试装置的压差、压力、泵流量和退泵体积，记录所述泵流量和所述退泵体积稳定时的压差和气体流量；

所述待测岩心为高渗透率时，设定所述调节模块的注入压力和回压压力，获取所述测试装置的压差、压力和气体流量，记录所述气体流量稳定时的压差、压力和所述气体流量。

优选地，所述测试方法还包括：

注入模块对所述岩心夹持器注入气体达不到设定压力时，通过增压泵对所述测试装置增压。

优选地，所述跟踪压差为2.5-3.5mpa。

优选地，对所述岩心夹持器抽真空包括：

关闭所述第五阀门和所述第六阀门，打开所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门及所述第四阀门，通过所述第一阀门对所述测试装置抽真空。

本发明的一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置及测试方法，其优点在于：本发明的装置的主要部件设置于恒温箱中，保证测试装置的准确性，并可以同时进行高渗透率和低渗透率的测试，节约了设备投入，并且能够保证高渗及低渗岩石渗透率的测试精度。

本发明的装置及方法具有其它的特性和优点将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置的示意图。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试方法的步骤流程图。

附图标记说明：

1、注入模块；2、第一中间容器；3、第二中间容器；4、岩心夹持器；5、回压阀；6、流量计；7、围压自动跟踪泵；8、调节模块；9、压差传感器；10、第一压力传感器；11、第二压力传感器；12、第一阀门；13、第二阀门；14、第三阀门；15、第四阀门；16、第五阀门；17、第六阀门；18、恒温箱；19、增压泵。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置，该测试装置包括：

恒温箱；

主体模块，主体模块包括岩心夹持器、与岩心夹持器两端连接的压差传感器、与岩心夹持器的入口连接的第一中间容器和与岩心夹持器的出口连接的第二中间容器，主体模块设置于恒温箱内；

注入模块，注入模块连接至岩心夹持器的入口；

调节模块，调节模块的一端与第一中间容器连接，调节模块的另一端与第二中间容器连接；

围压自动跟踪泵，围压自动跟踪泵与岩心夹持器相连，用于跟踪调节岩心夹持器的围压；

回压阀，回压阀设置于岩心夹持器的出口；

流量计，流量计通过管线与回压阀和岩心夹持器的出口相连；

数据采集模块，数据采集模块与压差传感器和调节模块通讯连接，用于采集测试装置的测试数据。

其中，差压传感器用于测量待测岩心两端的压差。

其中，注入模块为注入气瓶，调节模块为双缸泵。

其中，中间容器内充有流体介质，用于产生稳定的气体压力，与调节模块结合可以为测试装置提供稳定的高压。

作为优选方案，流体介质选用气体。

作为优选方案，测试装置还包括：

第一阀门，第一阀门的一端通过管线与岩心夹持器的入口相连，另一端与抽空装置相连；

第二阀门，第二阀门设置于岩心夹持器的入口和岩心夹持器的出口之间；

第三阀门，第三阀门设置于第一中间容器和岩心夹持器的入口之间；

第四阀门，第四阀门设置于第二中间容器和岩心夹持器的出口之间；

第五阀门，第五阀门设置于岩心夹持器的出口与回压阀之间；

第六阀门，岩心夹持器的出口依次与第四阀门、第六阀门、回压阀和流量计相连。

作为优选方案，测试装置还包括：

第一压力传感器，第一压力传感器与第二阀门串联；

第二压力传感器，第二压力传感器设置于围压自动跟踪泵和岩心夹持器之间；

第一压力传感器和第二压力传感器分别与数据采集模块通讯连接。

作为优选方案，测试装置还包括：

增压泵，增压泵设置于注入模块和岩心夹持器的入口之间。

通常情况下，注入模块最高压力不超过15mpa，而实际生产压力远高于此压力，因此需要增加泵对待测岩心进行辅助增压。

本发明的装置的主要部件设置于恒温箱中，保证测试装置的准确性，通过对多个阀门的开关的操作，可以同时进行高渗透率和低渗透率的测试，节约了设备投入。

本发明还提供了一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试方法，该测试方法包括：

将待测岩心放置于岩心夹持器内，通过围压自动跟踪泵设定跟踪压差，并设定恒温箱温度；

对岩心夹持器抽真空；

通过注入模块对岩心夹持器注入气体至设定压力；

待测岩心为低渗透率时，设定调节模块的注入压力和回压压力，获取测试装置的压差、压力、泵流量和退泵体积，记录泵流量和退泵体积稳定时的压差和气体流量；

待测岩心为高渗透率时，设定调节模块的注入压力和回压压力，获取测试装置的压差、压力和气体流量，记录气体流量稳定时的压差、压力和气体流量。

其中，当待测岩心的渗透率低于0.01md时，判定待测岩心为低渗透率岩心，岩心夹持器的出口采用调节模块计量流量并提供回压；当待测岩心的渗透率不低于0.01md时，判定待测岩心为高渗透率岩心，通过回压阀与流量计进行流量的计量。

其中，进行高渗透率实验时，中间容器与调节模块结合为回压阀提供稳定压力。

进一步地，对岩心夹持器抽真空包括：关闭第五阀门和第六阀门，开启第一阀门至第四阀门，通过第一阀门对岩心夹持器抽真空，抽真空后关闭第一阀门。

作为优选方案，测试方法还包括：

注入模块对岩心夹持器注入气体达不到设定压力时，通过增压泵对测试装置增压。

其中，当装置充入实验气体达不到设定压力，可以根据需要通过增压泵对装置进行增压，以达到设定压力，压力达到设定压力后关闭注入模块的阀门，并关闭第二阀门。

进一步地，关闭第四阀门，打开第五阀门及第六阀门进行高渗透率实验。

实验结束后，放空装置的压力。

其中，跟踪压差为2.5-3.5mpa，恒温箱的温度设为实验温度，实验温度根据储层条件而定，不同油藏的实验温度不同，实验目的不同也会导致实验温度的不同。

其中，设定压力通常根据实验目的和油藏压力的不同进行设定。

本发明采用一套装置，可同时开展低渗及高渗页岩的渗透率测试，采用一台高精度双缸泵同时实现了注入、压力控制及流量计量等功能。进行渗透率岩石测试时，高精度双缸泵实现了回压控制及流量计量功能，并能够保证低流量的计量精度；而进行高渗透率岩石测试时，高精度双缸泵实现回压控制功能，采用流量计对较大流量进行计量。

通过上述设置实现了高渗及低渗岩心渗透率的测试，节约了设备投入，并能够保证高渗及低渗岩石渗透率的测试精度。

实施例1

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置的示意图。

如图1所示，本实施例提供了一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置，包括：

恒温箱18；

主体模块，主体模块包括岩心夹持器4、与岩心夹持器4两端连接的压差传感器9、与岩心夹持器4的入口连接的第一中间容器2和与岩心夹持器4的出口连接的第二中间容器3，主体模块设置于恒温箱18内；

注入模块1，注入模块1连接至岩心夹持器4的入口；

调节模块8，调节模块8的一端与第一中间容器2连接，调节模块8的另一端与第二中间容器3连接；

围压自动跟踪泵7，围压自动跟踪泵7与岩心夹持器4相连，用于跟踪调节岩心夹持器4的围压；

回压阀5，回压阀5设置于岩心夹持器4的出口；

流量计6，流量计6通过管线与回压阀5和岩心夹持器4的出口相连；

数据采集模块，数据采集模块与压差传感器9和调节模块8通讯连接，用于采集测试装置的测试数据。

其中，注入模块1为注入气瓶，调节模块8为高精度双缸泵。

本实施例中，中间容器内的流体选用高纯氮气。

进一步地，测试装置还包括：

第一阀门12，第一阀门12的一端通过管线与岩心夹持器4的入口相连，另一端与抽空装置相连；

第二阀门13，第二阀门13设置于岩心夹持器4的入口和岩心夹持器4的出口之间；

第三阀门14，第三阀门14设置于第一中间容器2和岩心夹持器4的入口之间；

第四阀门15，第四阀门15设置于第二中间容器3和岩心夹持器4的出口之间；

第五阀门16，第五阀门16设置于岩心夹持器4的出口与回压阀5之间；

第六阀门17，岩心夹持器4的出口依次与第四阀门15、第六阀门17、回压阀5和流量计6相连。

更进一步地，测试装置还包括：

第一压力传感器10，第一压力传感器10与第二阀门13串联；

第二压力传感器11，第二压力传感器11设置于围压自动跟踪泵7和岩心夹持器4之间；

第一压力传感器10和第二压力传感器11分别与数据采集模块通讯连接。

进一步地，测试装置还包括：

增压泵19，增压泵19设置于注入模块1和岩心夹持器4的入口之间。

通常情况下，注入模块1最高压力不超过15mpa，而实际生产压力远高于此压力，因此需要增加泵19对待测岩心进行辅助增压。

本实施例的装置主要部件设置于恒温箱18中，能够保证测试装置的准确性，同时进行高渗透率和低渗透率的测试，节约了设备投入。

实施例2

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试方法的步骤流程图。

如图2所示，本实施例提供了一种储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试方法，包括：

将待测岩心放置于岩心夹持器4内，通过围压自动跟踪泵7设定跟踪压差，并设定恒温箱18温度；

对岩心夹持器4抽真空；

通过注入模块1对岩心夹持器4注入气体至设定压力；

待测岩心为低渗透率时，设定调节模块8的注入压力和回压压力，获取测试装置的压差、压力、泵流量和退泵体积，记录泵流量和退泵体积稳定时的压差和气体流量；

待测岩心为高渗透率时，设定调节模块8的注入压力和回压压力，获取测试装置的压差、压力和气体流量，记录气体流量稳定时的压差、压力和气体流量。

本实施例中，跟踪压差为3mpa，恒温箱18的温度设为25℃，设定压力为0.182mpa。

对岩心夹持器4抽真空包括：关闭第五阀门16和第六阀门17，开启第一阀门12至第四阀门15，通过第一阀门12对岩心夹持器4抽真空，抽真空后关闭第一阀门12。

通常情况下，注入模块1即注入气瓶的最高压力不超过15mpa，而实际生产压力远高于此压力，因此需要增加泵19对待测岩心进行辅助增压以达到设定压力。

其中，进行高渗透率实验时，需要关闭第四阀门15，打开第五阀门16及第六阀门17。

实验结束后，放空装置的压力。

本实施例采用稳态方法测试渗透率，渗透率测试装置直接简洁，测试结果准确程度主要取决于测试装置整体耐压密封性以及测量设备的精度。采用标准样品：渗透率为0.398md，压力范围0.1702-0.2235mpa，温度范围15-35℃，进行测试。实验温度设置为25℃，压力为0.182mpa，本实施例中中间容器内的流体介质为高纯氮气，测得渗透率0.403md，误差为1.25％，满足精度要求。

目前已有标准样品最低渗透率均大于0.01md，针对渗透率低于0.01md的岩心主要根据装置密封性以及压力泵(双杠泵)的精度来判断。

本实施例的测试方法够保证高渗及低渗岩石渗透率的测试精度。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。