[發明專利]一種致密巖石氣相相對滲透率測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710039784.2
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106814018B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 鄭玲麗;胡鵬軒;李閩;趙金洲;肖文聯;魏銘江;任席瑤
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

1.一種致密巖石氣相相對滲透率測量裝置，其特征在于，包括：巖心夾持器(18)、圍壓泵(9)、可變體積上游壓力室(20)、可變體積下游壓力室(21)、高壓氣源(23)和控制臺(22)；所述巖心夾持器(18)內裝載有巖心，巖心夾持器(18)上設有溫度計(15)；

所述高壓氣源(23)的出氣口依次通過閥門a(1)、第一壓力控制器(10)和閥門b(2)與可變體積上游壓力室(20)的進口相連接，所述可變體積上游壓力室(20)的出口通過閥門c(3)與巖心夾持器(18)的前端相連接；巖心夾持器(18)的后端通過閥門d(4)與可變體積下游壓力室(21)的進口相連接，所述可變體積下游壓力室(21)的出口通過閥門f(6)與泄壓口(17)相連接；

可變體積上游壓力室(20)和可變體積下游壓力室(21)均可調節體積大小，并且可變體積上游壓力室(20)體積大于可變體積下游壓力室(21)；

巖心夾持器(18)的后端通過閥門e(5)與排水口(16)相連接；圍壓泵(9)的出口依次通過閥門g(7)和第二壓力控制器(11)與巖心夾持器(18)的前端相連接；所述巖心夾持器(18)的前端與所述可變體積下游壓力室(21)的進口之間設置有閥門h(8)；

用于監測可變體積上游壓力室壓力值的上游壓力傳感器P1(13)與控制臺(22)電連接；用于監測可變體積下游壓力室壓力值的下游壓力傳感器P2(14)與控制臺(22)電連接；所述可變體積上游壓力室(20)的出口與所述可變體積下游壓力室(21)的進口之間設置有壓差傳感器(12)，所述壓差傳感器(12)與控制臺(22)電連接；所述溫度計(15)與控制臺(22)電連接，所述巖心夾持器(18)設置在核磁共振儀(19)的測量腔內部。

2.一種致密巖石氣相相對滲透率測量方法，其特征在于，測量所基于的測量裝置包括：巖心夾持器(18)、圍壓泵(9)、可變體積上游壓力室(20)、可變體積下游壓力室(21)、高壓氣源(23)和控制臺(22)；所述巖心夾持器(18)內裝載有巖心，巖心夾持器(18)上設有溫度計(15)；

所述高壓氣源(23)的出氣口依次通過閥門a(1)、第一壓力控制器(10)和閥門b(2)與可變體積上游壓力室(2?0)的進口相連接，所述可變體積上游壓力室(20)的出口通過閥門c(3)與巖心夾持器(18)的前端相連接；巖心夾持器(18)的后端通過閥門d(4)與可變體積下游壓力室(21)的進口相連接，所述可變體積下游壓力室(21)的出口通過閥門f(6)與泄壓口(17)相連接；

可變體積上游壓力室20和可變體積下游壓力室21均可調節體積大小，并且可變體積上游壓力室20體積大于可變體積下游壓力室21；

巖心夾持器(18)的后端通過閥門e(5)與排水口(16)相連接；圍壓泵(9)的出口依次通過閥門g(7)和第二壓力控制器(11)與巖心夾持器(18)的前端相連接；

所述巖心夾持器(18)的前端與所述可變體積下游壓力室(21)的進口之間設置有閥門h(8)；

用于監測可變體積上游壓力室壓力值的上游壓力傳感器P1(13)與控制臺(22)電連接；用于監測可變體積下游壓力室壓力值的下游壓力傳感器P2(14)與控制臺(22)電連接；所述可變體積上游壓力室(20)的出口與所述可變體積下游壓力室(21)的進口之間設置有壓差傳感器(12)，所述壓差傳感器(12)與控制臺(22)電連接；所述溫度計(15)與控制臺(22)電連接；所述巖心夾持器(18)設置在核磁共振儀(19)的測量腔內部；

它包括以下步驟：

S1、將烘干的巖心放入巖心夾持器，打開閥門g(7)，用圍壓泵(9)對巖心施加設定的圍壓后，將可變體積上游壓力室(20)和可變體積下游壓力室(21)的體積調節為與巖樣孔隙體積相匹配的值，打開閥門h(8)、閥門d(4)、閥門c(3)、閥門a(1)和閥門b(2)，關閉閥門e(5)和閥門f(6)，將系統內壓力施加到設計值Pm，待系統穩定后，關閉閥門b(2)、閥門a(1)、閥門c(3)和閥門h(8)，使閥門d(4)保持打開的狀態；

S2、打開閥門a(1)和閥門b(2)，對可變體積上游壓力室(20)施加一個脈沖，當可變體積上游壓力室壓力上升并達到設定好的壓力時，關閉閥門a(1)和閥門b(2)，待可變體積上游壓力室壓力穩定時，打開閥門c(3)，直到可變體積上游壓力室壓力和可變體積下游壓力室壓力均趨于穩定時，停止實驗；

S3、控制臺上的計算機通過數據采集卡采集得到可變體積上游壓力室壓力值P1、可變體積下游壓力室壓力值P2、上下游壓力差△P和溫度t，得出上下游壓力差△P與時間的關系曲線，并計算出斜率α1；

根據公式1計算出：飽和水之前，內壓Pm下的絕對滲透率kab：

其中，α1的量綱為s-1；μ是氣體的粘度，量綱mPa·s；L是巖樣長度，量綱cm；fz是與氮氣性質相關的系數，無量綱；A是巖樣的截面積，量綱cm2；Pm是孔隙壓力，量綱MPa；V1是巖樣上游的上游水箱和管線、閥門的總體積，量綱cm3；V2是巖樣下游的水箱和管線、閥門的總體積，量綱cm3；kab是絕對滲透率；

S4、從巖心夾持器將巖心取出并飽和水后再將巖心放回巖心夾持器(18)內，開啟核磁共振儀(19)檢查巖心內含水體積是否達到飽和要求并實時觀測巖心的含水飽和度，關閉閥門d(4)、閥門f(6)和閥門h(8)，參照該巖心的氣水毛管壓力曲線選取對應的驅替壓差，打開閥門e(5)、閥門c(3)、閥門b(2)和閥門a(1)，用氮氣驅替巖心內的水，當從核磁共振儀中觀察到水飽和度達到預設值β％時，關閉閥門e(5)，打開閥門d(4)、閥門f(6)和閥門h(8)，重復步驟S1-S3，得出上下游壓力差△P與時間的關系曲線，并計算出斜率α2；

根據公式2計算出：當巖心內水飽和度為β％時，內壓Pm下的滲透率kap：

其中，α2的量綱為s-1；kap是表觀滲透率；

根據公式3得出氣體相對滲透率kr：

S5、繼續用氮氣驅替巖心中的水，重復S4，并根據公式1、公式2和公式3可得到不同水飽和度下的氣體相滲透率。