[發明專利]一種頁巖氣在微裂縫中滲流規律的測定試驗裝置和方法

有效

• 申請號: 201410548615.8
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104594885A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 朱維耀;韓宏彥;宋付權;宋洪慶;尚新春;宋智勇;田巍;李正一
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明屬于頁巖氣勘探開發領域，具體涉及一種頁巖氣在微裂縫中滲流規律的測定試驗裝置和方法，研究巖芯不同的受損程度即微裂縫情況下頁巖氣的滲透規律。

背景技術

隨著世界各國對能源需求的不斷攀升，非常規氣藏的發展正改變著世界的能源格局并成為全球開發的焦點。頁巖氣屬于非常規天然氣，其主體上以吸附和游離狀態同時賦存于具有生烴能力的泥巖、頁巖等地層中的天然氣，具有自生自儲、吸附成藏、隱蔽聚集等特點。頁巖氣藏的孔滲結構與常規氣藏有著顯著不同，頁巖氣藏屬于特低孔、特低滲且存在吸附解吸等特性，其儲滲結構屬于納微米數量級并具有很強的多尺度性。其氣體產出是微觀孔喉，微裂縫，宏觀裂縫以及水力裂縫等滲流通道的一系列過程的耦合。

了解頁巖氣藏孔滲結構特征、評價方法及多尺度滲流機理，找出開發頁巖氣需重點研究的方向，為下一步頁巖氣高效開發提供相關指導。我國非常規頁巖氣藏儲量巨大，因此研究并掌握非常規頁巖微裂縫氣藏的滲透規律對頁巖氣的開采和氣藏采收率的計算至關重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種頁巖氣在微裂縫中滲流規律的測定方法和試驗裝置。該方法是頁巖巖芯在三軸圍壓和壓裂條件下的裂隙擴展與分布特征，測試不同裂縫中滲流特性，為研究微裂縫壓裂和頁巖氣開采提供理論和試驗依據。

本發明提供一種頁巖氣在微裂縫中滲流規律的測定試驗裝置，其包括滲流系統、壓裂系統、數據采集處理系統和三軸巖芯夾持器(4)；

三軸巖芯夾持器(4)由夾持器模型圍成的內腔和夾持器模型外部的外腔兩部分組成，內腔中具有頁巖巖芯，外腔為圍壓腔；夾持器模型優選為橡膠套的形式；夾持器模型具有進氣口和出氣口；

壓裂系統包括軸向壓力泵(5)、軸向壓力機以及圍壓泵(6)，其中軸向壓力泵(5)連通軸向壓力機，其將流體泵入到軸向壓力機，使軸向壓力機的活塞桿作用到頁巖巖芯，通過活塞桿的軸向壓力使巖芯壓裂；圍壓泵(6)將液體，比如水，泵入到圍壓腔，對圍壓腔施加壓力，?保持圍壓壓力比夾持器模型的進氣口的壓力大1MPa，并隨著夾持器模型的進氣口壓力變化調節圍壓壓力；

數據采集處理系統包括應變片檢測儀(11)、聲波檢測儀(12)和皂沫流量計(14)，應變片檢測(11)的應力片設置在巖芯的外壁上，聲波檢測儀(12)包括金屬堵頭和聲波探頭，其中金屬堵頭采用凹式結構，設置在巖芯的上下兩端，將聲波探頭裝入安裝在凹式結構中，既能承受高壓又配合緊密不影響聲波的檢測，同時采用激光打孔，把金屬堵頭凹式結構的內表面加工出環形槽，保證氣體從聲波探頭周圍進入巖芯，通過聲波檢測儀和應變片檢測儀對軸向壓力泵壓裂過程中的巖芯進行實時監測，確定巖芯的壓裂程度；皂沫流量計(14)用于測量經回壓閥(13)流入皂沫流量計(14)的所述巖芯滲流通過的氣體流量；

滲流系統包括氣源(8)、活塞容器罐(9)、注入泵(10)、進氣口壓力調壓閥(1)、氣體過濾器(2)、氣體干燥器(3)、回壓泵(7)和回壓閥(13)，氣源(8)中的氣體在注入泵(10)的作用下通過活塞容器罐(9)、氣體過濾器(2)以及氣體干燥器(3)進入夾持器模型的進氣口，并且進入巖芯，活塞容器罐(9)連接注入泵(10)和氣源(8)，用于控制氣體恒壓或者恒速流動，進氣口壓力調壓閥(1)可以調節進氣口的氣體壓力，通過巖芯滲流過出來的氣體通過夾持器模型的出氣口，經回壓閥(13)流入皂沫流量計(14)并且測量出所述巖芯滲流通過的氣體流量；回壓泵(7)與回壓閥(13)連接，回壓閥(13)設置在巖芯夾持器模型的出氣口和皂液流量計(14)之間，回壓泵(7)將液體，比如水，泵入到回壓閥(13)的膠墊腔中，通過膠墊作用到通過回壓閥(13)的氣體上，通過回壓泵(7)與回壓閥(13)的作用以保持夾持器模型出氣口處的回壓與圍壓的壓力數值相一致。

本發明還提供一種采用上述的試驗裝置測定頁巖氣在微裂縫中滲流規律的方法，包括以下步驟：

第一步：打開三軸巖芯夾持器(4)，將頁巖巖芯裝入三軸巖芯夾持器(4)的夾持器模型中，封閉三軸巖芯夾持器(4)，打開注入泵(10)使活塞容器罐(9)達到2Mpa，并且將圍壓升至3MPa，氣源(8)中的氣體在注入泵(10)的作用下通過活塞容器罐(9)、氣體過濾器(2)以及氣體干燥器(3)進入夾持器模型的進氣口，并且進入巖芯，并且流出夾持器模型的出氣口進入皂液流量計(14)，檢驗整個試驗裝置的氣密性；