[發明專利]一種基于直毛管模型的弱膠結砂巖滲透率評估方法

在審

• 申請號: 201910677978.4
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110441205A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 劉欽;牛小紅;孫亞軍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種基于直毛管模型的弱膠結砂巖滲透率評估方法。本發明在鉆取的實際地層中弱膠結砂巖巖芯的基礎上，通過滲流實驗得到了砂巖在滲流過程中的實時滲透率；建立了弱膠結砂巖穩定滲流階段和滲流突變階段的滲透率方程，揭示弱膠結砂巖滲透性數量級增大的規律，彌補了目前對弱膠結砂巖滲流規律的研究空白；通過實測值對推導出的直毛管模型中滲透率的理論評價值進行修正和驗證，有效地提高了滲透率方程的準確性。

技術領域

本發明涉及一種基于直毛管模型的弱膠結砂巖滲透率評估方法，屬于巖石滲透率的判定領域。

背景技術

實際巖石中的孔隙結構是由大小和數量不同的孔隙及粗細和數量不同的喉道相互連通貫穿形成的錯綜復雜的網絡系統。但由于該網絡系統過于復雜，不利于對巖石某些性質進行數學化和機理化的研究，因此在巖石性質的研究中常使用簡化的模型來模擬真實巖石。常見的巖石微觀滲透毛管模型包括直毛管模型、平行狀模型、串狀模型和岔狀模型。其中直毛管模型是毛管模型中最簡單的一種，因而得到了廣泛的應用。

弱膠結砂巖廣泛分布在我國西部地區的弱膠結沉積地層中，主要是在特殊的成巖環境和沉積過程中形成的。弱膠結沉積地層的成巖時間較晚、膠結程度差、孔隙度高、強度低、易風化、遇水泥會發生崩解，導致弱膠結砂巖的膠結性質、水理性質、力學性質與常規砂巖或軟巖有著顯著的差異。目前對巖石滲透率模型的研究已經較為深入，并且也分析總結出了各種滲透率的計算公式。但對巖石滲透性規律的研究大多基于致密砂巖或其它硬巖，對于孔隙度高、滲透性可變的弱膠結砂巖滲流規律的研究為空白，并且以往研究工作得出的結論難以揭示弱膠結砂巖滲透性數量級增大的規律及機理。因此建立弱膠結砂巖的滲流方程，對揭示水巖作用條件下弱膠結巖石滲透演變機理具有十分重要的意義。

發明內容

本發明旨在提供一種基于直毛管模型的弱膠結砂巖滲透率評估方法，目的在于建立弱膠結砂巖的滲流方程，揭示弱膠結砂巖滲透性數量級增大的規律，使計算得到的滲透率更加準確，彌補對弱膠結砂巖滲流規律的研究空白。

本發明提供了一種基于直毛管模型的弱膠結砂巖滲透率評估方法，包括以下步驟：

S01：在弱膠結沉積地層中鉆取弱膠結砂巖巖芯；

S02：選取部分弱膠結砂巖巖芯試樣進行滲流實驗測試，根據達西滲流定律，對滲透率進行實時觀測；

S03：將復雜多變的弱膠結砂巖孔隙結構簡化為一束束筆直平行的、直徑相同的毛管，構建該弱膠結砂巖的直毛管模型；

S04：在達西滲流定律及直毛管滲流公式的基礎上，推導出直毛管模型中滲透率的理論評價值；

S05：根據S02中滲透率實驗的實測值對S04中的理論評價值進行修正。

進一步地，所述S01中鉆取的弱膠結砂巖為中粒砂巖，粒徑為0.25～0.5mm。中粒砂巖各微觀結構參數連續分布且制樣成功率較細砂巖(粒徑0.125～0.25mm)、粗砂巖(粒徑0.5～1mm)、巨粒砂巖(粒徑1～2mm)以及礫巖(粒徑>2mm)高，且能夠代表弱膠結砂巖的微觀結構特征，具有代表性。

進一步地，所述S02中弱膠結砂巖巖樣選用外徑32mm、內徑25mm的開孔器進行巖樣的干法制備，再利用臺式取芯鉆機將巖石制備成直徑25mm，長40mm的標準圓柱體試樣50塊。但由于中粒砂巖有較強的顆粒感且相對較松散，鉆取過程中常常出現巖樣斷裂情況，導致巖樣直徑難以達到標準樣品要求，因此本次滲流實驗的樣品是從50塊巖樣中選取20塊直徑大于24mm且長度在10mm以上的巖樣進行測試。

進一步地，所述S02中弱膠結砂巖樣多孔介質均勻分布，且水流在砂巖內部的滲流符合層流滲透定律，實驗過程滿足達西滲流定律。此外，弱膠結砂巖樣的平均粒徑為200μm，雷諾系數遠小于1，符合達西滲流定律的適用條件。