滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法
2023-09-22 16:58:45
專利名稱：滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法
技術領域：
本發明是關於一種石油地質行業中巖心孔隙度的測定方法，尤其涉及一種滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法。
背景技術：
目前，在石油地質行業巖心分析試驗工作中，通常採用氣測方法研究巖心的覆壓孔滲特徵；實驗介質一般採用氦氣或氮氣，測量對應的巖心氣測孔隙度；其測試原理是根據波義爾(Boyle)定律，測定巖樣的孔隙體積。如圖3所示，為現有測量巖樣孔隙體積的原理圖。標準氣室為已知體積Vk的氣室， 巖心置於巖心室(巖心夾持器)，由橡膠套包裹巖心並加圍壓，不留空隙。測定時關閉第一閥門，打開第三閥門，利用抽真空設備對巖樣室抽真空；打開第二閥門，將氣體充入標準氣室，關閉第二閥門，待標準氣室中的壓力穩定後，從壓力表中讀取壓力Pk;關閉第三閥門，打開第一閥門使氣體等溫膨脹進入巖心孔隙體積，待標準氣室、巖心室內的壓力達到平衡後， 讀取壓力表的壓力為P。根據波義爾(Boyle)定律可推得巖石孔隙體積V計算公式Vkpk = ρ (V+Vk)(1)則得V = Vk (pk-p)/p(2)上述現有氣測覆壓孔隙度的實驗方法，採用氣體作為測試介質，由於氣體的分子半徑很小，能進入更細小的孔隙。根據邊界層理論及核磁共振的研究結果，在低滲透、超低滲透儲層中，在油藏現有的開採壓力下，存在於死孔隙和極小孔道中的流體是不參與流動的。因此上述更細小的孔隙在油藏現有的開採壓差下是不參與流動的，該類孔隙稱之為無效孔隙。由於氣體分子的特殊性，氣測方法得到的覆壓孔隙度特徵反映的是巖心的絕對孔隙度(指巖石內總孔隙體積Va與巖石外表體積Vb之比)與覆壓之間的關係，這種由現有常規的氣測覆壓孔隙度方法得到的絕對孔隙度與儲層的流動孔隙度(指的是在含流體的巖石中，可流動的孔隙體積Vf與巖石外表體積Vb之比)存在一定的偏差，這種偏差會隨著測試過程中覆壓的增加而增大；而對儲層開發、開採效果起主要影響的是流動孔隙度。對於低滲透、超低滲透巖心來講，油藏工程師們更關心的是在油藏實際壓力下儲層內能夠參與流動的孔隙度與上覆壓力變化的關係。一般情況下，常規的氣測覆壓孔隙度測試，氣測覆壓孔隙度測量裝置的氣源壓力不會太高，無法模擬真實儲層下的流體在孔隙中的壓力，因此在該條件下測試得到的覆壓孔隙度數據，不能真實的反應地層孔隙度隨上覆壓力變化的真實情況，無法模擬真實儲層的流體壓力，這種條件下測試得到的覆壓與孔隙度之間的關係與實際地層的覆壓孔隙度關係偏差較大，只能定性的描述儲層的孔隙度應力敏感特徵。因此，現有的氣測覆壓孔隙度測量方法制約了實驗定量研究儲層的應力敏感特徵的深入開展，實驗結果只能做定性的研究，限制了實驗數據的應用。由此，本發明人憑藉多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，以克服現有技術的缺陷。
發明內容
本發明的目的在於提供一種滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，在保持地層壓力的條件下，應用液體測試巖心覆壓孔隙度，以實現對巖心液測覆壓流動孔隙度的測量；克服氣測覆壓孔隙度測試孔隙度高、測試條件與儲層的真實條件相差較大的缺點，由此實現對儲層覆壓孔隙度的定量研究。本發明的目的是這樣實現的，一種滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法， 在已知孔隙體積的巖心周圍加圍壓，將已知壓縮係數的單相流體飽和地注入該巖心中，並使該巖心兩端壓力符合地層真實情況；然後依次增加圍壓壓力，並依次測定增加圍壓後巖心內部孔隙壓力的變化，由此來確定孔隙體積變化值，進而確定覆壓情況下的孔隙度變化。在本發明的一較佳實施方式中，是將所述巖心放置在一個水測覆壓孔滲測試裝置的巖心夾持器中；所述巖心夾持器的一端通過上遊管線與一恆壓泵連通，上遊管線中設有上遊壓力表，上遊壓力表與恆壓泵之間設有上遊閥門；所述巖心夾持器的另一端設有下遊管線，該下遊管線中依次設有下遊壓力表和下遊閥門；所述巖心夾持器側壁通過一管路與一圍壓泵連通。在本發明的一較佳實施方式中，該測定方法的測定步驟為(1)設定初始圍壓壓力值並保持恆定，啟動恆壓泵並調節巖心上下遊壓力符合地層的真實情況；(2)待流過巖心的流體為2 3倍的孔隙體積後，關閉下遊閥門，調整恆壓泵為恆壓狀態繼續向巖心注入流體，直到將夾持器內巖心被實驗流體充滿且維持在地層壓力附近，關閉上遊閥門，待巖心兩端壓差逐漸穩定，此時，取上、下遊壓力表的壓力平均值作為圍壓增加前的孔隙流體壓力P1 ；(3)增加圍壓壓力並保持穩定，待巖心上、下遊壓差逐漸穩定，此時，取上、下遊壓力表的壓力平均值作為該圍壓壓力下的孔隙流體壓力P2 ；(4)根據公式AV = V · ΔΡ ·。計算出孔隙體積變化值，進而得到孔隙度變化值；其中V 為初始狀態下上、下閥門兩端所封閉的總體積，是巖心的孔隙體積Vp與之間管線死體積Vd之和；ΔΡ 為圍壓壓力增加前後的孔隙壓力變化量ΔΡ = P2-P1 ；Cl 為測試流體的壓縮係數；(5)增加圍壓壓力，重複步驟(3)- ),由此測定出覆壓與孔隙度的關係。在本發明的一較佳實施方式中，在所述巖心夾持器兩端的上、下閥門之間設置一壓差傳感器。由上所述，本發明滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，適用於目前低滲透、超低滲透儲層應力敏感研究領域的覆壓孔滲研究；水測覆壓孔滲測定方法可以在模擬真實儲層上覆壓力、孔隙壓力、真實流體參數條件下實現對巖石的覆壓孔滲研究。該方法的測試設備簡單，測試原理清晰，其中在缺乏儲層流體的參數情況下，可以採用室內實驗室配置的性質穩定的測試流體；與現有的氣測覆壓孔滲方法相比，本發明的測定方法測得的有效孔隙度，更能反映實際儲層的覆壓孔滲特徵，由此實現了對儲層覆壓孔隙度的定量研究。
以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中圖1 為用於本發明測定方法的水測覆壓孔滲測試裝置的示意圖。圖2 為覆壓有效應力與孔隙度變化關係的示意圖。圖3 為現有測量巖樣孔隙體積的原理圖。
具體實施例方式為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照
本發明的具體實施方式
。本發明提出一種滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，在已知孔隙體積的巖心周圍加圍壓，將已知壓縮係數的單相流體飽和地注入該巖心中，並使該巖心兩端壓力符合地層真實情況；然後依次增加圍壓壓力，並依次測定增加圍壓後巖心內部孔隙壓力的變化，由此來確定孔隙體積變化值，進而確定覆壓情況下的孔隙度變化。本發明中所述的覆壓孔隙度，是指施加一定的有效應力時，巖樣的孔隙度隨應力變化而改變的性質。如圖1所示，在本實施方式中，是將所述巖心放置在一個水測覆壓孔滲測試裝置 100的巖心夾持器1中；所述巖心夾持器1的一端通過上遊管線2與一恆壓泵3連通，上遊管線2中設有上遊壓力表21，上遊壓力表21與恆壓泵3之間設有上遊閥門22 ；所述巖心夾持器1的另一端設有下遊管線4，該下遊管線4中依次設有下遊壓力表41和下遊閥門42 ； 所述巖心夾持器1側壁通過一管路5與一圍壓泵6連通。為了比較快速、清楚地觀察巖心兩端的壓差，在本實施方式中，在所述巖心夾持器1兩端的上、下閥門22、42之間設置一壓差傳感器7。在本實施方式中，該測定方法的測定步驟為(1)設定初始圍壓壓力值Pca並保持恆定，啟動恆壓泵3並調節巖心上下遊壓力符合地層的真實情況；(2)待流過巖心的流體為2 3倍的孔隙體積Vp後，關閉下遊閥門42，調整恆壓泵3為恆壓狀態繼續向巖心注入流體，直到將夾持器1內巖心被實驗流體充滿且維持在地層壓力附近，關閉上遊閥門22，待巖心兩端壓差逐漸穩定，此時，取上、下遊壓力表21、41的壓力平均值作為圍壓增加前的孔隙流體壓力P1 ；(3)增加圍壓壓力值至P。2並保持穩定，此時夾持器內的巖心孔隙被壓縮，伴隨孔隙體積的減小，孔隙內流體壓力將會上升，待巖心上、下遊壓差逐漸穩定，此時，取上、下遊壓力表21、41的壓力平均值作為該圍壓壓力P。2下的孔隙流體壓力P2 ；(4)根據公式Δ V = V · Δ P ·。計算出孔隙體積變化值，進而得到孔隙度變化值；其中V 為初始狀態下上、下遊閥門22、42兩端所封閉的總體積，是巖心的孔隙體積Vp與之間管線死體積Vd之和；ΔΡ 為圍壓壓力增加前後的孔隙壓力變化量ΔΡ = P2-P1 ；Cl 為測試流體的壓縮係數；液體壓縮係數定義為單位壓力變化時引起的液體單
5位體積的變化量；(5)此時，保持圍壓壓力值為P。2，打開上、下遊閥門22、42 ；然後關閉下遊閥門42， 調整恆壓泵3為恆壓狀態再向巖心注入流體，直到將夾持器1內巖心被實驗流體充滿且維持在地層壓力P1 ；(6)再增加圍壓壓力值至&3並保持穩定，待巖心上、下遊壓差逐漸穩定，此時，取上、下遊壓力表21、41的壓力平均值作為該圍壓壓力P。3下的孔隙流體壓力P2 ；(7)根據公式Δ V = V · Δ P ·。計算出孔隙體積變化值，進而得到孔隙度變化值；(8)重複步驟(3)-(7)，由此測定出覆壓與孔隙度的關係。由上所述，本發明滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，適用於目前低滲透、超低滲透儲層應力敏感研究領域的覆壓孔滲研究；水測覆壓孔滲測定方法可以在模擬真實儲層上覆壓力、孔隙壓力、真實流體參數條件下實現對巖石的覆壓孔滲研究。該方法的測試設備簡單，測試原理清晰，其中在缺乏儲層流體的參數情況下，可以採用室內實驗室配置的性質穩定的測試流體；與現有的氣測覆壓孔滲方法相比，本發明的測定方法測得的有效孔隙度，更能反映實際儲層的覆壓孔滲特徵，由此實現了對儲層覆壓孔隙度的定量研究。下面針對本發明的一具體試驗作出描述低滲透巖心水測覆壓孔滲實驗，模擬儲層流體壓力為12MPa，測試流體為標準鹽水，巖心直徑為3. 828cm，長度為8. 77cm，初始孔隙體積為11. 24mL、滲透率為2. 62 ；標準鹽水的壓縮係數為Cl = 4. 983 X KT4MPa-1 ；死體積為15. 40mL ；根據上述測定方法的試驗步驟得出以下試驗數據表1水測覆壓孔隙度實驗數據
圍壓 (MPa)圍壓增加前孔隙壓力(Nffa)圍壓增加後孔隙壓力(MI>a)覆壓孔隙體積(Iti)有效應力 (MPa)孔隙度變化(VA^0)20.001211.24008.0001.0000024.001212.753311.230011.24670.9991128.001212.693311.220815.30670.9982932.001212.648311.212219.35170.9975336.001212.610811.204123.38920.9968140.001212.595911.196227.40410.9961044.001212.588611.188431.41140.99541如表1所示，即為模擬地層壓力條件下，巖心水測覆壓孔孔隙度數據，根據巖心有效應力的定義，可以得到孔滲變化率數據與有效應力之間的關係如圖2所示。本發明在巖心中模擬真實儲層壓力，通過測定圍壓變化條件下，孔隙體積減小，導致流體壓力變化，來計算覆壓孔隙度變化，該孔隙度對應的為巖心有效孔隙度，更能反映實際儲層的覆壓孔滲特徵，由此實現了對儲層覆壓孔隙度的定量研究。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。
權利要求
1.一種滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，在已知孔隙體積的巖心周圍加圍壓，將已知壓縮係數的單相流體飽和地注入該巖心中，並使該巖心兩端壓力符合地層真實情況；然後依次增加圍壓壓力，並依次測定增加圍壓後巖心內部孔隙壓力的變化，由此來確定孔隙體積變化值，進而確定覆壓情況下的孔隙度變化。
2.如權利要求1所述的滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，其特徵在於是將所述巖心放置在一個水測覆壓孔滲測試裝置的巖心夾持器中；所述巖心夾持器的一端通過上遊管線與一恆壓泵連通，上遊管線中設有上遊壓力表，上遊壓力表與恆壓泵之間設有上遊閥門；所述巖心夾持器的另一端設有下遊管線，該下遊管線中依次設有下遊壓力表和下遊閥門；所述巖心夾持器側壁通過一管路與一圍壓泵連通。
3.如權利要求2所述的滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，其特徵在於該測定方法的測定步驟為(1)設定初始圍壓壓力值並保持恆定，啟動恆壓泵並調節巖心上下遊壓力符合地層的真實情況；(2)待流過巖心的流體為2 3倍的孔隙體積後，關閉下遊閥門，調整恆壓泵為恆壓狀態繼續向巖心注入流體，直到將夾持器內巖心被實驗流體充滿且維持在地層壓力附近，關閉上遊閥門，待巖心兩端壓差逐漸穩定，此時，取上、下遊壓力表的壓力平均值作為圍壓增加前的孔隙流體壓力P1 ；(3)增加圍壓壓力並保持穩定，待巖心上、下遊壓差逐漸穩定，此時，取上、下遊壓力表的壓力平均值作為該圍壓壓力下的孔隙流體壓力P2 ；(4)根據公式:AV= V· AP-Cl計算出孔隙體積變化值，進而得到孔隙度變化值；其中V:為初始狀態下上、下閥門兩端所封閉的總體積，是巖心的孔隙體積Vp與之間管線死體積Vd之和；ΔΡ 為圍壓壓力增加前後的孔隙壓力變化量ΔΡ = P2-P1 ；Cl 為測試流體的壓縮係數；(5)增加圍壓壓力，重複步驟(3)- ),由此測定出覆壓與孔隙度的關係。
4.如權利要求2所述的滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，其特徵在於在所述巖心夾持器兩端的上、下閥門之間設置一壓差傳感器。
全文摘要
本發明為一種滲流力學實驗中水測覆壓孔隙度的測定方法，在已知孔隙體積的巖心周圍加圍壓，將已知壓縮係數的單相流體飽和地注入該巖心中，並使該巖心兩端壓力符合地層真實情況；然後依次增加圍壓壓力，並依次測定增加圍壓後巖心內部孔隙壓力的變化，由此確定孔隙體積變化，進而確定覆壓情況下的孔隙度變化。本發明的測定方法，適用於低滲透、超低滲透儲層應力敏感研究領域的覆壓孔滲研究；可以在模擬真實儲層上覆壓力、孔隙壓力、真實流體參數條件下實現對巖石的覆壓孔滲研究。該方法的測試設備簡單，測試原理清晰；與氣測覆壓孔滲方法相比，該方法測得的有效孔隙度，更能反映實際儲層的覆壓孔滲特徵，可實現了對儲層覆壓孔隙度的定量研究。
文檔編號G01N15/08GK102353625SQ201110255570
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者何順利, 呂志凱, 張璋, 朱華銀, 李康, 欒國華, 申潁浩, 謝全, 郭雪晶, 顧岱鴻, 馬俯波 申請人:中國石油大學(北京)