[發明專利]一種低滲巖石顆粒的滲透率測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201710040427.8
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106769778B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 胥蕊娜;周博;姜培學
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明公開了一種低滲巖石顆粒的滲透率測量系統及測量方法，所述滲透率測量系統包括高壓氣源裝置、參考腔、樣品腔、入口壓強檢測裝置、自動閥、球閥、壓差檢測裝置及控制裝置，參考腔與樣品腔連通的管道上依次設置有自動閥和球閥；壓差檢測裝置與自動閥并聯；控制裝置分別連接自動閥和壓差檢測裝置；高壓氣源裝置的輸出管道與參考腔或者樣品腔連通，高壓氣源裝置的輸出管道上設置有入口壓強檢測裝置，入口壓強檢測裝置與高壓氣源裝置的管道上設置有氣體排放口。通過設置高壓氣源裝置與參考腔或樣品腔連接，可控制參考腔與樣品腔內部壓強的變化，通過壓差檢測裝置檢測壓強差，使得控制裝置可準確獲得壓強變化曲線和待測巖石顆粒滲透率。

技術領域

本發明涉及巖石滲透率測量技術領域，特別是涉及一種低滲巖石顆粒的滲透率測量系統及測量方法。

背景技術

隨著科學技術不斷進步，以致密氣、煤層氣和頁巖氣為代表的非常規天然氣資源逐漸成為世界各國勘探開發的重點對象。這類天然氣藏的主要特點是儲層具有極低的滲透率，通常在1mD以下。其中煤層氣和頁巖氣具有自生自儲特征，天然氣在儲層基質中儲存和運移的空間為微、納米尺度的裂縫和孔隙，其孔隙率小于10％，基質滲透率低至1nD～1μD，屬于超低滲多孔介質。對鉆井取芯獲得的低滲巖樣進行滲透率測量，能夠為儲層評估和生產預報提供關鍵技術參數，對非常規天然氣資源的勘探具有重要意義。

目前對低滲儲層巖石的滲透率測量方法主要是壓力衰減法。其實驗原理是在試驗系統中人為制造巖石孔隙和外部環境的壓力差，使測試工質氣體由外部環境流入巖石孔隙，引起外部環境的壓力衰減。通過分析傳感器記錄的壓力衰減曲線，反演獲得頁巖的滲透率信息。壓力衰減法原理有不同的儀器實現形式。以頁巖為例，美國石油協會(API)建議的標準實驗系統以機加工的圓柱形巖心樣品為實驗對象，沿圓柱軸線方向造成壓力差，進而導致軸向一維氣體流動。這種實驗系統的缺陷在于：1、由于圓柱頁巖樣品天然耦合了自然裂隙和基質孔隙，自然裂隙滲透率較高，不能解耦測得基質滲透率；2、實驗系統中必須引入圍壓輔助系統，使系統復雜性增加，同時巖心夾持器設計和加工要求較高。

針對這些缺陷，有研究者提出了針對巖石顆粒樣品的壓力衰減法實驗。這類測量實驗的對象是來源于鉆井屑或人工致裂的巖石顆粒，從樣品的角度屏蔽了大尺度自然裂隙的影響。在實驗中設法使巖石顆粒突然暴露在高壓氣體環境中，造成樣品中的徑向流動，引發氣體環境的壓力衰減，并用壓力傳感器進行記錄。這種實驗系統中不需要設置圍壓系統，系統的復雜程度也大幅降低。但系統設計中存在嚴重的共性問題，使測量結果的可信度較低：(1)為了復現巖石儲層壓力狀況，實驗中氣體在高壓狀態下，因此選用的環境壓力傳感器量程通常在10MPa以上，而市面上常見的高壓壓力傳感器的精度下限為0.08％，這意味著傳感器的置信分辨率大約為8kPa。另一方面，由于巖石的孔隙率較低，孔隙絕對體積較小，如果不能很好地控制系統中氣體環境體積和樣品孔隙體積的比例，氣體環境壓力衰減的總量可能與置信分辨率處在同一量級，這使得壓力衰減曲線的置信度較低。(2)如果過分地追求較小的環境/孔隙體積比，系統的比熱容較低，環境溫度波動的影響增大，系統的壓力衰減過程受到溫度波動的干擾增大，這也會使壓力衰減曲線的置信度降低。

綜上所述，基于巖石顆粒樣品的壓力衰減原理、以高壓壓力傳感器為核心測量設備的實驗系統，在實驗精度方面具有本質性的缺陷，使得低滲巖石樣品的滲透率測量值可信度較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種低滲巖石顆粒的滲透率測量系統，可在儲層壓力條件下測量巖石的滲透率，并顯著提高滲透率的測量精度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種低滲巖石顆粒的滲透率測量系統，所述滲透率測量系統包括高壓氣源裝置、參考腔、樣品腔、入口壓強檢測裝置、自動閥、球閥、壓差檢測裝置及控制裝置，其中，