[發明專利]一種頁巖基質滲透率測定裝置和方法

有效

• 申請號: 202011197830.X
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112362552B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 寧正福;吳小軍;呂方濤;張文通;王慶
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 闞傳猛;周達

本申請提供了一種頁巖基質滲透率測定裝置和方法，其中，該裝置包括：氣瓶；增壓泵，與所述氣瓶相連；自動補氣增壓系統，通過調壓閥與所述增壓泵相連，用于在實驗過程中當識別到參考室和樣品室中的壓力小于目標壓力預設值的情況下，通過所述增壓泵的儲氣罐中的氣體為參考室和樣品室進行補氣增壓；控溫裝置，用于放置參考室和樣品室，所述樣品室，用于放置待測的頁巖巖石樣品；壓力傳感器，用于測量所述參考室和所述樣品室的壓力數據。利用本申請提供的方案避免了氣體充填滿顆粒間隙后，整個系統壓力急劇下降所導致的問題，可以消除充填程度對滲透率測定的影響，減少測量誤差，提高滲透率測定的準確性。

技術領域

本申請屬于地質勘探技術領域，尤其涉及一種頁巖基質滲透率測定裝置和方法。

背景技術

頁巖氣流動方式所產生的影響會貫穿頁巖氣開發的全過程，而滲透率作為儲層巖石的基本參數之一對頁巖氣的流動有著重要的作用，且滲透率是油氣藏儲層評價、產能計算及制定合理的開發方案所需關鍵參數之一，因此需要對頁巖儲層滲透率加以定量測定與評價。

基于樣品的實驗測定為獲取頁巖滲透率的重要手段。目前，實驗室常用的巖石滲透率的測試方法可分為穩態法和非穩態法。滲透率測試時滲流介質可以使用氣體、水或煤油。然而，當使用水進行滲透率測試時，水會與巖石中的黏土礦物發生水化作用而影響其儲層性質，因此室內巖石滲透率測試大多以氣體作為滲流介質。氣體在致密儲層巖石中低壓滲流時存在滑脫效應，所以常規穩態法測試所得巖石滲透率與驅替壓力密切相關。通過常規穩態法測試致密巖石滲透率時，一般需要進行不同孔隙壓力(驅替壓力)下多次測量以校正滑脫效應，通過Klinkenberg方程擬合，獲得與測試壓力無關的克氏滲透率。

對于頁巖等致密儲層巖石，穩態法滲透率測試效率較低，實驗時達到穩態流動往往需要較長時間，實驗過程易受環境溫度影響，測試結果誤差相對較大，且一般要求巖樣滲透率大于10mD。鑒于穩態法所存在的缺陷，可以基于非穩態滲流理論的脈沖衰減法來進行滲透率測試。與穩態法滲透率測試不同，脈沖衰減法是基于一維非穩態滲流理論，脈沖滲透率的測試不需要記錄巖樣出口流速和驅替壓差，通過在測試巖樣入口端施加一定的壓力脈沖，記錄該壓力脈沖在巖樣中的衰減數據，然后結合相應的理論公式就可以計算出相應的滲透率大小。

與常規儲層巖石相比，頁巖儲層巖石相對致密，具有低孔低滲的特點，滲透率往往為微納米級別，除此之外頁巖儲層巖石裂縫較發育，裂縫的存在致使整體頁巖巖樣滲透率高于基質滲透率多個數量級。而常規穩態法和非穩態法測定儲層巖石滲透率基本均采用巖心柱作為實驗材料，所測得滲透率易受裂縫滲透率主導，較難獲取基質滲透率。因此利用常規穩態法和非穩態法測試頁巖滲透率易產生較大誤差，不易獲得基質滲透率。

為了獲得基質滲透率，可以采用GRI等類似裝置，通過解析解擬合壓力變化曲線獲得頁巖顆粒的基質滲透率和頁巖孔隙度。

然而，這些裝置存在的一定的問題，例如，在實驗操作的過程中，參考室處于封閉狀態，儲存有一定量氣體。參考室和樣品室聯通后，參考室氣體膨脹至樣品室，此時，氣體充填滿顆粒間隙后，整個系統壓力急劇下降。由于氣體進入顆粒這一過程中的平衡壓力較小，導致氣體進入顆粒引發的壓降較小。由于壓降較小，對壓力傳感器的量程和精度的要求就會比較高，且在低壓下和高壓下，氣體在頁巖基質孔隙中的傳輸規律存在差別，通過該裝置無法實現高壓下的滲透率測定研究。進一步的，由于參考室壓力低，樣品室充填程度低或者參考室和樣品室容積不合理，該裝置中的參考室氣體膨脹至樣品室所需時間過長。實驗用壓降曲線，理論上起始時刻為氣體開始進入顆粒時。實際上，在氣體進入樣品室顆粒間隙的同時，氣體也已經在進入顆粒孔隙中。只有參考室氣體膨脹至樣品室顆粒間隙并達到平衡之后，壓力傳感器才能測出氣體進入顆粒內部所導致的壓降曲線。如果氣體進入樣品室顆粒間隙時間過長，則在這段時間內氣體進入顆粒內部所引發的壓降不能準確獲得，從而導致理論壓降曲線和實際實驗測得的壓降曲線具有較大誤差，影響滲透率測定的準確性。

針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容