[發明專利]一種致密巖石滲透率測試裝置及其應用方法

在審

• 申請號: 202010862886.6
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111879680A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 王剛;肖智勇;于俊紅;胡立強;姜楓;張璐
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 濟南旌勵知識產權代理事務所(普通合伙) 31310
• 代理人: 單玉剛

本發明公開了一種致密巖石滲透率測試裝置及其應用方法，其特征在于包括：夾持器部分，脈沖部分，氣體注入部分，溫度控制部分，真空部分，計量部分和數據采集處理系統。具體步驟為由氣體注入部分為測試系統提供初始壓力，脈沖部分為夾持器部分提供脈沖壓力，溫度控制部分對脈沖部分，計量部分和夾持器部分的溫度進行控制，真空部分對系統進行抽真空處理，數據采集處理系統對實驗數據進行處理。本發明可同時實現氣體去替和研究不同氣體對滲透率測量的影響，密封性好，控制壓力精確，可減少開關閉合對實驗結果的影響，能夠簡便而精確的測量上下游管道的體積，可在一次實驗中多次測量巖芯滲透率，操作簡單，測試效率高，應用廣泛，所得結果精確直觀。

技術領域

本發明涉及非常規儲層氣體開采技術領域，特別是一種致密巖石滲透率測試裝置及其應用方法。

技術背景

近年來隨著常規能源的儲存越來越少，開采深度和難度等都大大增加，相比之下，頁巖氣開采屬于一種新興產業，頁巖氣的探明量逐年增加，受到各國的廣泛注意，成為油氣領域研究的熱點之一。我國頁巖氣的技術可采資源量超過36萬億立方米，位居全球前列。合理的開發和利用頁巖氣對于減少我國對常規能源的依賴性，改善我國能源產業結構均有著重要的意義。然而，在頁巖氣開采過程中，由于頁巖儲層較厚，頁巖的孔隙度較小，滲透率極低，精確的測量頁巖儲層的滲透率具有一定的難度。

在本發明之前，專利號為201810097759.4的發明公開了三軸滲透率測試的實驗裝置，該裝置能夠三軸加載施加軸壓和圍壓，通過測量巖樣入口端施加的壓力脈沖在巖樣中的衰減數據，計算得到巖樣的滲透率，但在實驗過程中，無法直接儲存加壓氣體，脈沖腔室的體積無法改變，控制系統的閥門均為手動閥，壓力易受開關閉合的影響，壓力傳感器單一，無法根據具體實驗壓力選擇合適量程，且無法在測試過程中計算管道體積，過高估計初始脈沖壓力，儲層體積的計算也存在誤差。

針對以上發明裝置的不足，需要一種可儲存多種氣體，能根據實驗方案選擇不同儲層體積和不同量程壓力傳感器，可直接在實驗過程中計算管道體積，測量精度高，儀器操作簡單，實驗結果精確直觀的一種致密巖石滲透率測試裝置及其應用方法。

發明內容

本發明采用密閉性好的進口夾持器和可精確控制軸壓和環壓的ISCO泵，通過控制閥門的閉合使得脈沖腔室體積可變，采用切換性能好、切換快速、耐高壓、耐腐蝕、密封性好的氣動閥來控制試驗系統閥門的閉合，采用多量程的壓力傳感器提高壓力讀數精度，在實驗過程中直接測出管道體積，對上下游儲層體積進行修正并得到真實的脈沖壓力，通過多個氣體儲罐滿足不同實驗方案需求，提高致密巖石滲透率測試裝置的精度和效率。

其技術方案為：

一種致密巖石滲透率的測試裝置，包括夾持器部分，脈沖部分，氣體注入部分，溫度控制部分，計量部分，真空部分，數據采集處理系統。

所述的夾持器部分，夾持器的工作壓力可達137.9MPa，工作溫度可達148.9℃，密閉性好，可以精確模擬高溫高壓地層的真實情況，實驗過程中軸壓和環壓均采用量程為0-70MPa的ISCO泵精確控制。

所述的脈沖部分，上下游各采用體積為20ml和70ml的兩個腔室，腔室設計可有效防止因工作壓力高、溫度高造成內部容積體積變化的誤差，通過調節氣動閥可以改變上下游腔室的體積比，共有9種不同的體積組合方式，可以有效的適用不同的實驗方案，提高測試裝置的可使用性，減小由于不同腔室體積和孔隙體積比帶來的實驗誤差。

所述的氣體注入部分，通過氣體增壓泵對測試氣體進行增壓，將增壓后的氣體儲存在儲罐內，調節驅動氣體減壓閥獲得指定脈沖壓力，當進行下一次實驗室直接用加壓后的儲罐氣體或采用不同儲罐氣體進行實驗，可避免重復加壓和更換測試氣體的復雜性。

所述的溫度控制部分，正面設計帶觀察窗的旋式對開門，內部有隔熱窗，旋式對開門上設計有高精度的溫控儀以及觸摸鍵式的電源、加熱(鎳鉻金屬絲加熱器)、風機(全新耐高溫長軸馬達及渦輪風扇)開關等，量程為常溫～200℃。