一种评价陆相页岩敏感性的实验装置及方法与流程

本发明涉及页岩实验设备，具体为一种评价陆相页岩敏感性的实验装置及方法。

背景技术：

1、近年来，中国陆相页岩油勘探取得突破性进展，开采初期，地层能量充足，产量较高，随着时间延长，含水量不断上升，采取水力压裂的方式，并没有有效的降低含水，反而使产量进一步降低，开发问题逐步出现。敏感性作为储层改造重要的参数之一，可以为二次开采驱替流体的选择提供重要指导。但是页岩油储层低孔低渗无法驱替，为了解决的难题，提出渗吸+实验测试技术，结合核磁共振实验技术，通过饱和地层水，发现自然渗吸过程中，可动流体增量约为30%；在加压渗吸的实验条件下，可动流体增量约为60%，提升幅度为2倍，说明持续的压力开采可以有效提高开发效果。

2、基于有效的渗吸实验技术，对样品开展敏感性伤害评价实验，发现渗吸之后的页岩样品不仅可以驱替，还能通过渗透率的变化实现敏感性参数评价。

3、但相对于砂岩的孔吼结构，页岩内部流体的通道以孔缝为主，由于页岩储层层理缝发育，传统敏感性评价方法中，驱替流程会给岩心径向赋予高于驱替压力1.5~2mpa的围压，该流程会导致页岩储层内部层理缝闭合，层理缝作为页岩内部重要的赋存空间，是敏感性评价的重要部分，闭合不仅会导致实验失败，更会会导致敏感性评价参数评价结果无效。基于此，发明一种被动围压岩心夹持器，可以有效地保护岩心内部孔缝结构，有效地开展页岩敏感性评价。

技术实现思路

1、本发明的其中一个目的提供一种评价陆相页岩敏感性的实验装置，可以有效地保护岩心内部孔缝结构，从而有效地开展页岩敏感性评价。

2、实现上述目的的技术方案是：一种评价陆相页岩敏感性的实验装置，其特征在于：包括轴压系统、驱替系统、夹持器，夹持器包括筒体，筒体内的中部设置有用于容置岩心模块的岩心室，岩心室内设置有与岩心模块直径相匹配的中空腔体，岩心室的两端设置扶正环，筒体两端分别螺纹连接有内压帽，扶正环定位压紧在岩心室和内压帽之间；

3、岩心模块的两端分别依次贴合设置有带孔活塞和柱形垫块，带孔活塞和柱形垫块滑动设置在岩心室以及对应侧的扶正环之间，带孔活塞与岩心模块之间分别设置有外径与岩心室的内径相匹配的密封圈，密封圈设置有中心孔；

4、其中一侧内压帽的外端口螺纹连接有向内压紧同侧柱形垫块的外压帽、另一侧内压帽的外端口螺纹连接有向内压紧同侧柱形垫块的轴压活塞，轴压活塞外密封套设有与同侧内压帽密封贴合的轴压筒，轴压筒与同侧的轴压活塞、内压帽之间形成有封闭的活塞腔，所述轴压筒上开设有轴压介质进口，轴压介质进口通过设置在轴压筒侧壁内的介质通道与活塞腔连通；

5、两侧带孔活塞的中心分别设置有中心通孔，与外压帽同侧的带孔活塞的中心通孔密封连接进液管，进液管向外穿过同侧的柱形垫块并伸出外压帽，另一侧带孔活塞的中心通孔密封连接有出液管，出液管向外分别穿过同侧的柱形垫块并伸出轴压活塞；

6、所述轴压系统用于输出压力介质、并且压力输出端与夹持器的轴压介质进口密封连接，所述驱替系统用于输出岩心模块的饱和介质、并且压力输出端与进液管的输入端密封连接，所述夹持器的出液管通过第一阀门连接有储液容器。

7、进一步地，所述轴压系统包括依次串接的介质储存容器、轴压流量泵、第二阀门，第二阀门的输出端连接夹持器的轴压介质进口。

8、进一步地，介质储存容器中的工作介质为蒸馏水。

9、进一步地，所述驱替系统包括依次连接的地层水储存容器、驱替流量泵，驱替流量泵的输出端与进液管连接。

10、进一步地，驱替流量泵的输出端与进液管之间还串接有中间容器，驱替流量泵与中间容器之间、中间容器与进液管之间分别串接有第三阀门。 进一步地，两侧柱形垫块与对应侧的带孔活塞之间、两侧扶正环与岩心室的同侧端之间均通过止口配合。

11、进一步地，外压帽与同侧的柱形垫块之间设置有环形垫块，环形垫块与同侧的柱形垫块之间通过止口配合，所述轴压活塞与同侧的柱形垫块之间通过止口配合。

12、本发明的另一个目的是提供一种评价陆相页岩敏感性的实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

13、1）通过模拟地层水对岩心进行渗吸饱和；

14、2）在完成渗吸饱和岩心外包裹环氧树脂形成岩心模块，对岩心模块抛光打磨，使岩心模块的直径与岩心室内径大小匹配，同时对岩心模块两端进行切割，使岩心模块的环氧树脂和岩心的两端端面平齐；

15、3）松开外压帽，依次取出与外压帽同侧的环形垫块、柱形垫块、带孔活塞、密封圈，再将岩心模块装入岩心室，再依次将取出的密封圈、带孔活塞、柱形垫块、环形垫块重新装入筒体内，最后拧紧外压帽，使岩心模块夹装在两侧的带孔活塞之间；

16、4）打开第二阀门、启动轴压流量泵，介质储存容器中的蒸馏水进入活塞腔形成轴压压力，轴压压力推动轴压活塞以及同侧的柱形垫块及带孔活塞向内移动，使岩心模块两侧的密封圈挤压变形，实现岩心模块与带孔活塞端部外周之间的密封，同时两端带孔活塞的中心通孔通过密封圈的中心孔与岩心中的孔缝连通；

17、5）打开第一阀门、第三阀门，启动驱替流量泵，进行驱替实验。

18、进一步地，所述岩心模块中的岩心层理方向沿岩心模块的轴向设置；步骤4）中所述轴向压力的大小为0.5~1mpa；

19、步骤5）中驱替实验的具体过程为：a、以0.05ml/min的流速开始驱替，保持驱替压力低于轴压压力，直到出液管开始出液，当出液管的出液流速与进液管的进液流速一致时，记录下驱替流量泵的流量及驱替泵的压力，计算出岩心渗透率；

20、b、驱替流量泵依次以0.1ml/min、0.15ml/min、0.2ml/min、0.25ml/min、0.3ml/min、0.4ml/min的输出流速分别开展驱替实验，分别记录每个流速稳定条件下驱替压力。

21、进一步地，步骤1）中渗吸饱和的具体处理步骤为:

22、1）对岩心进行洗盐洗油处理；

23、2）对岩心烘干处理，之后再称重、测量岩心长度、直径，进行核磁共振测试，得到核磁共振测得的信号数据；

24、3）重复步骤2），并对相邻两次核磁共振数据进行比较，若有变化，则进入步骤2），若无变化，则进入步骤4）

25、4）将岩心及模拟地层水置于不同容器中，并通过软管将两个容器密封连接，使两个容器连通，之后同时对两个容器进行抽真空；

26、5）抽真空完成后，在真空条件下，将模拟地层水倒入装有岩心的容器中，常压饱和；

27、6）每隔30-40min将岩心从容器中取出进行称重、并进行一次核磁共振测试，相邻两侧称重数据相同后，岩心进入自吸状态；

28、7）进入自吸状态后，每隔一天测试一次核磁信号；

29、8）对自吸状态后的相邻两次岩心核磁共振数据进行比较，若有变化，则进入步骤7），若无变化，则进入步骤9）；

30、9）对岩心进行高压、高温饱和，压力和温度与岩心所处地层压力、温度一致，每隔一周测试一次核磁共振信号；

31、10）对相邻两次岩心核磁共振数据进行比较，若有变化，则进入步骤9），若无变化，则完成渗吸饱和。

32、本发明的有益效果：本发明一方面解决页岩储层低孔低渗难以驱替的难题，另一方便可以有效改善传统驱替过程中页岩强应力敏难题。

33、现有技术中随着驱替压力的增大，通过人工手段不断给岩心加围压，会引发页岩强应力敏，无法准确评价敏感性，而本发明采用了一种被动围压驱替装置，将夹持器内岩心层理方向沿岩心模块的轴向设置，并通过在岩心模块两端施加0.5~1mpa的轴向压力，实现岩心两端的密封，轴向压力较小，不会造成岩心模块的内部层理缝闭合，同时还通过外圈环氧树脂层分摊了压力，因此施加在岩心两端的压力可以忽略不计，可以完全避免由于外力导致页岩内部层理缝的闭合，确保完整性，实验驱替实验有效开展，也为现场的开发方案的制定提供精准指导。