一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置及其測試方法
2023-12-10 23:05:47
一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置及其測試方法
【專利摘要】本申請涉及一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置及其測試方法，所述測試方法包括，選取待測巖心，所述待測巖心可以是低孔低滲巖心；採用飽和鹽水稱重發測量巖心的孔隙體積；計算實驗所用鹽水的體積係數；繪製巖心夾持器及其連接管線的體積收縮量曲線；測量巖心夾持器及其連接管線的空白體積；最後測量在各個淨有效壓力下的巖心孔隙體積；通過對上述測量的結果進行計算，最終得出在各個淨有效壓力下的巖心孔隙體積壓縮係數。本申請的測試裝置及其測試方法，能夠對較大尺寸的異常高壓低滲儲層巖心孔隙壓縮係數進行測試與分析，並減小了測試結果的誤差。
【專利說明】一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置及其測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及油氣田開發巖心實驗分析技術，尤其涉及一種巖心孔隙壓縮係數測試 裝置及其測試方法。
【背景技術】
[0002] 巖心孔隙體積壓縮係數是油氣層物理研究的一個重要參數，它在評價油氣藏彈性 產能和動態地質儲量方面有重要的應用價值。對於異常高壓低滲儲層，由於巖樣空隙體積 小，地層壓力變化跨度大，造成壓縮係數難以準確測量。目前，異常高壓低滲儲層巖心孔隙 壓縮係數與常規巖心一樣均主要沿用標準號為SY/T 5815-2008、名稱為《巖石孔隙體積壓 縮係數測定方法》的國家石油天然氣行業標準。
[0003] 但是，上述國家標準中的"巖石孔隙體積壓縮係數儀"同時擁有有體積計量泵和施 加孔隙壓力的裝置，體積計量泵用於向巖心夾持器中泵入液體，施加孔隙壓力的裝置用於 向待測巖心施加孔隙壓力，在測量時儀器操作人員需要同時操作體積計量泵和孔隙壓力裝 置，因此，測量時操作不方便。
[0004] 並且，通過上述國家標準中的儀器進行的巖石孔隙壓縮係數的測量方法，不能夠 準確的對異常高壓低滲儲層的巖心孔隙壓縮係數進行測量，這是由於：
[0005] -，對於高壓低滲緻密儲層來講，儲層具有低孔低滲特點，根據邊界層理論及核磁 共振的研究結果，低滲緻密儲層孔隙中存在液體無法參與流動的死體積。由於氣體分子的 特殊性（如滑脫效應），使得部分對於液體來說的死體積對於氣體卻能夠發生流動。這就會 導致以氦氣為介質獲得的氣測孔隙體積數值要大於以鹽水為介質獲得的液測孔隙體積。而 上述方法初始孔隙體積採用氦氣為介質，覆壓過程中採用鹽水為介質，兩種不同介質測得 孔隙體積必然不同，數據處理時不考慮這一差異而將這種差異歸為孔隙壓縮係數，這樣顯 然會引起較大誤差。
[0006] 二，相對於緻密巖心孔隙，儀器（如管線中）中的空白體積很大，加之高壓儲層模 擬中壓力跨度較大，作為測量介質的鹽水本身在實驗過程中的體積也會發生不可忽略的變 化，而上述方法沒有考慮鹽水本身的體積變化，引起較大誤差。
[0007] 三，上述方法所採用的巖心尺度較小，一般情況下上述方法中所採用的巖心直徑 小於l〇cm，長度小於100cm。由於所採用的巖心尺度較小，如果針對低孔低滲巖心，難以建 立起與實際儲層原始含水飽和度相匹配的巖心束縛水飽和度，並且實驗過程由於孔隙中飽 和的水量有限，難以準確計量水量的體積變化。
[0008] 四，上述方法的實驗壓力範圍較低，而對於異常高壓氣藏應力來說，其變化範圍顯 然高於70MPa，現有設備難以模擬異常高壓油氣藏應力變化。
[0009] 因此，現有的巖心孔隙體積壓縮係數測定裝置及其測定方法難以滿足異常高壓低 滲儲層巖心孔隙壓縮係數實驗測試與分析。
【發明內容】
[0010] 針對上述技術問題，本發明的目的在於提供一種操作簡單方便的巖心孔隙壓縮系 數測試裝置，本發明的目的還在於提供一種測量結果更為準確的常規巖心孔隙壓縮係數測 試方法，以及一種測量結果更為準確的異常高壓低滲儲層的巖心孔隙壓縮係數測試方法。
[0011] 本申請的技術方案如下：
[0012] 一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置，所述裝置包括依次相連的體積計量泵（MP)、第 一截止閥（Vl)、第一壓力傳感器（Pl)、巖心夾持器（CH)、第二壓力傳感器（P2)、第二截止閥 (V2)和真空泵（VP);
[0013] 所述裝置還包括環壓泵（HP)和第三壓力傳感器（P3)，所述環壓泵（HP)通過第三 截止閥（V3)連接所述巖心夾持器（CH)的環形空間，所述第三壓力傳感器（P3)連接所述巖 心夾持器（CH)的環形空間；
[0014] 所述體積計量泵（MP)用於對巖心施加孔隙壓力，並測量泵入所述巖心夾持器 (CH)及其連接管線中的液體體積，所述環壓泵（HP)用於對巖心施加上覆壓力，所述巖心夾 持器（CH)承受的最大壓力為140MPa，容納待測巖心的最大直徑為10cm，容納待測巖心的最 大長度為l〇〇cm。
[0015] 一種巖心孔隙壓縮係數測試方法，該方法包括，
[0016] 選取待測巖心，所述巖心為低孔隙度低滲透率的巖心；
[0017] 配製與目的地層的水具有相同礦化度的鹽水，並通過公式 0 0.99985 + k, ? a -h * /;, -h k, ? c * /;, 1+Ve試i十歷賴細本積、娜w』中，& = 0. 351104X 10_6, k2 = 0. 687323X 10_5, k3 = 0. 555917X 10_n，k4 = 0. 350709X 10_6, k5 = 0? 993080X 10_5, k6 = 0? 166979X 10-11，P1 = 145. 038p，p 為孔隙壓力值，c 為鹽水濃度值；
[0018] 測量所述巖心的重量，將所述巖心飽和所述鹽水，測量飽和鹽水後所述巖心的重 量，計算飽和鹽水前後所述巖心重量的差值，基於所述差值和所述鹽水的密度計算所述巖 心的空隙體積V p ;
[0019] 選取壓力係數為已知的液體，將所述液體泵入所述巖心夾持器（CH)及其連接管 線中，調節體積計量泵（MP)，使巖心夾持器（CH)中液體的壓力從OMPa逐步變化到lOOMPa， 測量各個壓力下所對應的泵入的液體體積，基於所述壓力係數計算所述各個壓力下所對應 的液體體積，計算所述各個壓力下所對應的液體體積的測量值與計算值的差值，基於所述 各個壓力和所述各個壓力所對應的差值繪製所述巖心夾持器（CH)及其連接管線的體積變 化量曲線；
[0020] 將鋁製標準巖心裝入所述巖心夾持器（CH)，將所述巖心夾持器（CH)及其連接管 線抽真空，關閉第一截止閥（VI)，向連接管線中泵入所述鹽水，直至該連接管線中的鹽水壓 力等於0. 69MPa為止，此時測量泵入的鹽水體積Vtl，打開第一截止閥（Vl)，關閉第二截止閥 (V2)，繼續泵入所述鹽水，直至所述巖心夾持器（CH)中的鹽水壓力等於0.69MPa為止，此時 再次測量泵入的鹽水體積V 1，通過公式Vd = V1-Vtl計算所述巖心夾持器（CH)及其連接管線 的空白體積Vd ;
[0021] 將待測巖心裝入所述巖心夾持器（CH)，將所述巖心夾持器（CH)及其連接管線抽 真空，通過改變上覆壓力或者改變孔隙壓力來改變淨有效壓力P。，同時測量各個淨有效壓 力P。所對應的泵入的鹽水體積V。，所述淨有效壓力P。等於上覆壓力和孔隙壓力的差值；
[0022] 根據公式((Vd+Vp)Bw -Vc_AVs)計算所述各個淨有效壓力P。所對應 的巖心的孔隙體積壓縮係數cp，其中，△ Vs為與各個淨有效壓力P。相對應的孔隙壓力所對 應的述巖心夾持器（CH)及其連接管線的體積變化量，所述體積變化量從體積變化量曲線 中得出。
[0023] 上述技術方案具有如下有益效果：
[0024] 本發明提供的一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置，所述裝置中的體積計量泵不僅 能夠測量泵入所述巖心夾持器（CH)及其連接管線中的液體體積，還能夠用於對巖心施加 孔隙壓力，因此，所述裝置的操作更為簡單方便。本發明提供的一種巖心孔隙壓縮係數測 試方法，使孔隙度測量更為統一（液測孔隙度）；其次，考慮液體及裝置本身壓縮係數從而 測得精確的孔隙體積；第三，增加巖樣尺寸（直徑可達l〇cm，長度可達100cm)從而便於飽 和且增加液體體積測量精確性；第四，採用耐高壓設備模擬高壓儲層有效應力範圍（〇? IOOMPa)，因此，所述測試方法不僅能夠提高常規巖心孔隙壓縮係數測量結果的準確性，還 能夠提高異常高壓低滲儲層的巖心孔隙壓縮係數測量結果的準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可 以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0026] 圖1為本發明實施例一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0028] 本申請提供一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置，如圖1所示。所述裝置包括，體積計 量泵MP，環壓泵HP、真空泵VP，巖心夾持器CH，截止閥VI、V2和V3,壓力傳感器PI、P2和 P3〇
[0029] 體積計量泵MP連接截止閥Vl，截止閥Vl連接壓力傳感器Pl，壓力傳感器Pl連接 巖心夾持器CH的入口端，連接所用的管線為耐高壓空心管線，其中體積計量泵MP用於向 巖心夾持器CH及其連接管線中泵入測試所用的液體，並計量泵入的液體的體積，計量精度 可達到±l(T 6mL。體積計量泵MP還用於向待測巖心施加孔隙壓力，施加孔隙壓力的範圍為 0?lOOMPa，所述孔隙壓力是指巖心中所述液體的壓力，通過調節所述體積計量泵MP，能夠 改變泵入巖心夾持器CH及其連接管線中液體的體積，進而改變待測巖心的孔隙壓力。
[0030] 環壓泵HP連接截止閥V3,截止閥V3連接壓力傳感器P3,壓力傳感器P3和截止閥 V3連接巖心夾持器CH的環形空間。將巖心放置在巖心夾持器CH的圓形橡膠套內，在巖心 兩端分別放置一個具有中心通孔的鋼製圓柱形堵頭，在堵頭的通孔分別接有管線，可使實 驗液體通過管線流過巖心。橡膠套套置於一個圓形鋼筒（巖心夾持器的外壁）內並與鋼 筒形成密閉的環形空間，當對環形空間注入高壓液體或氣體，高壓液體或氣體作用於橡膠 套外壁，可使橡膠套發生變形產生對巖心的徑向壓力。環壓泵HP用於對待測巖心施加上覆 壓力，所述上覆壓力是指利用環壓泵HP通過壓縮巖心夾持器CH的環形空間內的水或氣體 以實現增壓，所述水或氣體與包裹巖心的橡膠套接觸，而不與待測巖心直接接觸，環壓泵HP 施加上覆壓力的範圍為〇?140MPa。
[0031] 真空泵VP連接截止閥V2,截止閥V2連接壓力傳感器P2,壓力傳感器P2連接巖心 夾持器CH的出口端，真空泵VP用於實驗過程中對巖心夾持器CH及其連接管線抽真空。
[0032] 巖心夾持器CH可耐高壓，耐受壓力的範圍為0?140MPa。壓力傳感器PI、P2和 P3用於監測壓力，測量壓力範圍為0?140MPa。本申請測試裝置中的管線及截止閥均可耐 壓0?140MPa範圍的壓力。
[0033] 下面詳細說明依據本申請的測試裝置測試巖心孔隙壓縮係數的方法。該方法依照 以下步驟進行：
[0034] 1)選取待測巖心並測量其常壓下孔隙體積。
[0035] 選擇需要進行實驗測試的巖樣，巖樣為規則柱塞狀巖心，巖心的直徑可以有三種 規格2. 5cm，3. 8cm和10cm，單塊長度小於100cm。選取的巖心可以是常規巖心，也可以是低 孔低滲巖心，所述低孔低滲巖心一般是指巖心的孔隙度小於15 %、滲透率小於50 X KT3 y m2 的巖心。
[0036] 通常情況下巖心的常壓下的孔隙體積是採用氦孔隙度儀測量，但基於氦孔隙度儀 的測量結果與採用鹽水為介質的測量結果存在差異。由於本申請的後續覆壓過程中採用鹽 水為介質測量巖心的常壓下的孔隙體積，因此，本申請對於選取的待測巖心採用飽和鹽水 稱重法測量其常壓下的孔隙體積V p。具體的測量過程如下：
[0037] 按地層水礦化度配製NaCl鹽水；首先測量飽和前巖心的質量；若選取的待測巖心 為低孔低滲巖心，則採用抽真空加壓對待測巖心飽和鹽水，若選取的巖心是常規巖心，則直 接對待測巖心飽和鹽水；然後測量飽和鹽水後的巖心的質量，根據飽和前後巖樣質量差和 所採用的鹽水密度計算得到巖樣有效孔隙體積V p。
[0038] 2)計算鹽水的體積係數。
[0039] NaCl鹽水溶液的體積係數Bw可以按照如下公式計算：
[0040]
【權利要求】
1. 一種巖心孔隙壓縮係數測試裝置，其特徵在於，所述裝置包括依次相連的體積計量 泵（MP)、第一截止閥（Vl)、第一壓力傳感器（Pl)、巖心夾持器（CH)、第二壓力傳感器（P2)、 第二截止閥（V2)和真空泵（VP); 所述裝置還包括環壓泵（HP)和第三壓力傳感器（P3)，所述環壓泵（HP)通過第三截止 閥（V3)連接所述巖心夾持器（CH)的環形空間，所述第三壓力傳感器（P3)連接所述巖心夾 持器（CH)的環形空間； 所述體積計量泵（MP)用於對巖心施加孔隙壓力，並測量泵入所述巖心夾持器（CH)及 其連接管線中的液體體積，所述環壓泵（HP)用於對巖心施加上覆壓力。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述巖心夾持器（CH)承受的最大壓力為 140MPa，容納待測巖心的最大直徑為10cm，容納待測巖心的最大長度為100cm。
3. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述環壓泵（HP)施加上覆壓力的最大值為 140MPa〇
4. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述體積計量泵（MP)施加孔隙壓力的最大 值為lOOMPa，測量精度為±10_6ml。
5. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第一壓力傳感器（Pl)的測量範圍、 所述第二壓力傳感器（P2)的測量範圍和所述第三壓力傳感器（P3)的測量範圍均為0? 140MPa〇
6. -種利用如權利要求1-5中任一項所述的裝置測試巖心孔隙壓縮係數的方法，其特 徵在於，該方法包括 ： 選取待測巖心，所述巖心為低孔隙度低滲透率的巖心； 配製與目的地層的水具有相同礦化度的鹽水，並通過公式
計算所述鹽水的體積係數Bw，其中，Ic 1 = 0. 351104X 10_6, k2 = 0. 687323X 10_5, k3 = 0. 555917X 10_n，k4 = 0. 350709X 10_6, k5 = 0· 993080X 1(Γ5, k6 = 0· 166979X ΚΓ11，P1 = 145. 038p，p 為孔隙壓力值，c 為鹽水濃度值； 測量所述巖心的重量，將所述巖心飽和所述鹽水，測量飽和鹽水後巖心的重量，計算飽 和鹽水前後所述巖心重量的差值，基於所述差值和所述鹽水的密度計算所述巖心的空隙體 積Vp ; 將壓力係數為已知的液體泵入巖心夾持器（CH)中，調節體積計量泵（MP)，使巖心夾持 器（CH)中液體的壓力從0?IOOMPa逐步變化，計算與各個壓力相對應的泵入的液體體積 與通過壓力係數計算得到的液體體積的差值，基於各個壓力和與所述各個壓力相對應的液 體體積的差值繪製所述巖心夾持器（CH)及其連接管線的體積變化量曲線； 將鋁製巖心裝入巖心夾持器（CH)，關閉第一截止閥（VI)，測量當體積計量泵（MP)與第 一截止閥（Vl)之間的連接管線中的鹽水壓力等於0.69MPa時泵入的鹽水體積Vtl，打開第 一截止閥（Vl)，關閉第二截止閥（V2)，測量當巖心夾持器（CH)中的鹽水壓力等於0.69MPa 時泵入的鹽水體積V1，通過公式Vd = V1-Vc^f算巖心夾持器（CH)及其連接管線的空白體積 Vd; 將待測巖心裝入巖心夾持器（CH)，通過改變上覆壓力或者通過改變孔隙壓力來改變淨 有效壓力P。，測量與各個淨有效壓力P。相對應的泵入的鹽水體積V。，所述淨有效壓力P。等 於上覆壓力和孔隙壓力的差值； 根據公式5=-+((%+%)8*-￥^4\)計算與所述各個淨有效壓力13。相對應的 巖心的孔隙體積壓縮係數cp，其中，△ Vs為與所述各個淨有效壓力P。相對應的孔隙壓力所 對應的述巖心夾持器（CH)及其連接管線的體積變化量，所述體積變化量從所述體積變化 量曲線中得出。
7. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，通過改變上覆壓力來改變淨有效壓力P。包 括： 將所述巖心夾持器（CH)及其連接管線抽真空，施加第一上覆壓力，所述第一上覆壓力 大於 0. 69MPa ; 打開第一截止閥（Vl)，關閉第二截止閥（V2)，向巖心夾持器（CH)中泵入鹽水，直至孔 隙壓力等於〇· 69MPa為止，計算淨有效壓力P。，同時測量泵入的鹽水體積Vc ; 逐步增加上覆壓力，直至上覆壓力等於HOMPa為止； 逐步增加上覆壓力的過程中，在每步之後下一步之前，調節體積計量泵（MP)，直至孔隙 壓力等於〇· 69MPa為止，此時計算淨有效壓力P。，同時測量泵入的鹽水體積Vc。
8. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，通過改變孔隙壓力來改變淨有效壓力P。包 括： 將所述巖心夾持器（CH)及其連接管線抽真空，向所述巖心夾持器（CH)及其連接管線 中泵入所述鹽水； 在上覆壓力大於孔隙壓力2?5MPa的條件下，增加上覆壓力和孔隙壓力，直至孔隙壓 力等於IOOMPa為止； 施加第一孔隙壓力，所述第一孔隙壓力大於〇· 69MPa，計算淨有效壓力P。，同時測量泵 入的鹽水體積V。； 逐步降低孔隙壓力，直至孔隙壓力等於〇· 69MPa為止； 逐步降低孔隙壓力的過程中，在每步之後下一步之前，計算淨有效壓力P。，同時測量泵 入的鹽水體積V。。
【文檔編號】G01N15/08GK104374683SQ201410662702
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】徐軒, 胡勇, 焦春豔, 李熙喆, 陸家亮, 萬玉金, 徐婷, 王慶生, 朱華銀, 田姍姍, 郭長敏, 蘇雲河, 張玉豐, 沈偉軍 申請人:中國石油天然氣股份有限公司