[發明專利]一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁巖滲透率測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201710099944.2
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106769790A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張杰;洪天宇;李翠楠;唐旭;羅文
• 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: 成都金英專利代理事務所(普通合伙)51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及致密油氣儲層物性測量與評價領域，特別是一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁巖滲透率測試裝置及方法。

背景技術

上個世紀50、60年代，美國和前蘇聯率先開展了使用超聲波技術提高油氣儲層滲透率的研究，并且證明了超聲波能夠促進油氣滲流。此后，國內外一些學者先后對超聲波作用下的多孔介質滲流行為進行了細致研究，發現超聲波作用下砂巖和煤巖等多孔介質的滲透率有較為明顯的改善。近年來，隨著美國頁巖氣的開采取得了巨大成功，頁巖氣這種非常規油氣資源在全球范圍內受到了極大的關注。頁巖儲層由于其滲透率極低，開采過程中通常需要進行大規模的水力壓裂來提高頁巖氣的采收率。水力壓裂技術在成功提高頁巖氣產量的同時也帶來了一些風險，如環境污染和能量消耗等。超聲波作為一種低能量消耗、無污染的技術，若能成功應用在頁巖氣等致密油氣藏開采中，將對我國資源開發有重要意義。

頁巖儲層巖性致密，頁巖基塊以納米級孔隙為主，其滲透率通常小于0.01mD。目前，實驗室在超聲波作用下進行頁巖滲透率測定的方法仍然以常規穩態驅替法為主，這種方法需要的壓差極大、耗時極長，并且測試巖樣會有損壞的風險。與之相比，使用壓力脈沖法對頁巖進行滲透率測試不僅要求的壓差小，而且測試時間短，更加適合進行頁巖等致密巖石的滲透率測試，然而尚且沒有關于使用液體壓力脈沖來測試超聲波作用下的頁巖滲透率的實驗裝置。

發明內容

本發明解決現有壓力脈沖實驗裝置不能進行超聲波作用下頁巖巖心的滲透率測試，提供一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁巖滲透率測試裝置及方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁巖滲透率測試裝置，它包括恒壓恒流泵、真空泵、巖心夾持器、上游標準室和下游標準室，所述的上游標準室與巖心夾持器的進液端連通，下游標準室與巖心夾持器的出液端連通，上游標準室與巖心夾持器進液端之間的節點與下游標準室與巖心夾持器出液端的節點之間連接有平衡控制閥，上游標準室和下游標準室上均連接有壓力傳感器，下游標準室上還連接有排液閥；所述的恒壓恒流泵的吸水口到上游標準室之間順次連接有中間容器和巖心夾持器進液口控制閥，中間容器與排液閥連通，恒壓恒流泵的排水口到上游標準室之間順次連接有恒壓恒流泵控制閥、上游標準室進液口控制閥；所述的真空泵與上游標準室進液口控制閥之間連接有真空泵控制閥；它還包括超聲波發生器、超聲波換能器和圍壓泵，超聲波換能器設置于巖心夾持器的進液端內且與超聲波發生器連接，所述的圍壓泵與巖心夾持器連通。

所述的中間容器、上游標準室、巖心夾持器和下游標準室構成一個閉合回路。

所述的壓力傳感器的精度為千分之一。

所述超聲波換能器的頻率為20～100kHZ，功率為30～250W，超聲波換能器具有六檔輸出功率。

所述的裝置在超聲波作用下基于液體壓力脈沖測試頁巖滲透率的方法，它包括以下步驟：

S1、取測試巖心，在57～60℃下烘干8h；

S2、將測試巖心裝入巖心夾持器內，關閉巖心夾持器進液口控制閥，并通入標準鹽水標定上游標準室的容水度C₁；

S3、打開上游標準室進液口控制閥，關閉恒壓恒流泵控制閥、平衡控制閥、真空泵控制閥和排液閥，通過圍壓泵向測試巖心施加8～10MPa的圍壓，隨后打開真空泵控制閥并啟動真空泵，通過真空泵對測試巖心、上游標準室和下游標準室抽真空，抽真空時間為12h；

S4、關閉真空泵控制閥，打開恒壓恒流泵控制閥、上游標準室進液口控制閥、巖心夾持器進液口控制閥和排液閥，啟動恒壓恒流泵，通過恒壓恒流泵將中間容器內的標準鹽水經恒壓恒流泵控制閥泵入上游標準室內，在水壓下標準鹽水順次進入測試巖心和下游標準室中，使測試巖心充分飽和鹽水24h；

S5、打開平衡控制閥，上游標準室和下游標準室相互連通，保證上游標準室和下游標準室的壓力相同；

S6、關閉平衡控制閥，調節恒壓恒流泵以在步驟S5的平衡壓力基礎上為上游標準室增加一個5～10％平衡壓力值的脈沖壓力，在壓差作用下標準鹽水通過測試巖心流入下游標準室，關閉上游標準室進液口控制閥，通過連接在上游標準室和下游標準室的壓力傳感器分別檢測上游標準室和下游標準室內標準鹽水壓力隨時間的變化，并每隔10s計算出上游標準室和下游標準室的壓差Δp隨時間t的變化；

S7、根據以下式計算超聲波處理前的測試巖心基準滲透率k₁：