巖心氣液兩用滲透率測試裝置的製作方法
2023-06-21 00:13:56
本實用新型屬於油氣開發室內模擬實驗裝置及評價技術領域，具體涉及一種巖心氣液兩用滲透率測試裝置。
背景技術：
在油氣藏開發過程中，工作液(如鑽井液、完井液、壓裂液等)常常會對儲層造成傷害，造成儲層滲透率的降低，從而影響油氣產量的提高。模擬工作液對儲層的汙染過程以及評價儲層滲透率傷害程度對油氣開採和儲層保護具有一定的指導意義和借鑑意義。
以往測試巖心滲透率實驗裝置基本是氣體滲透率測試裝置和液體流動滲透率測試裝置，往往二者是分開的兩套裝置。對於同一個巖心，需要分別用兩套裝置測試，在取出和裝入巖心的過程中，一方面造成了巖心的不可避免的損傷以及實驗條件的改變，另一方面使得實驗時間和成本大大增加。本裝置能夠使同一巖心在同一裝置中分別測出氣體滲透率和液體滲透率，進而評價巖心的滲透率傷害和恢復程度。
中國專利申請CN201110368838公開了一種煤巖巖心氣體滲透率測量裝置，主要由高壓氣源模塊、巖心夾持器模塊、環壓加載模塊、數據計量模塊、真空處理模塊組成，通過針型閥相連，所述高壓氣源模塊包括高壓氣瓶、減壓閥、緩衝容器；所述巖心夾持器模塊為巖心夾持器；所述環壓加載模塊為手搖泵；所述數據計量模塊包括精密壓力表和精密壓力表、皂泡流量計；所述真空處理模塊為真空泵。雖然該裝置操作方便，測量數據重複性好，實驗誤差小，成本低，適用於煤巖巖心氣體滲透率及等效液體滲透率測試領域，但是只能完成巖心氣體滲透率這一種巖心滲透率的測量。中國專利申請201610134362.9公開了一種氣水兩相有效滲透率精確測定新裝置及方法，該裝置包括恆壓氣源、水恆速微量泵、壓力表、夾持器缸、巖心、鋼製圓柱體、橡皮套、水計量器和氣計量器，所述恆壓氣源、壓力表、夾持器缸、巖心、橡皮套、水計量器和氣計量器依次連接。雖然該發明還提供了一種氣水兩相有效滲透率精確測定新方法，雖然排除測試流體沿巖石樣品側表面與密封套之間間隙通過對測試結果造成的幹擾，對通過巖心流體的流量計量更準確，滲透率計算結果更可靠，但其主要在提高精確度上，適用面依然有局限。
技術實現要素：
為解決現有技術的不足，本實用新型提供了一種巖心氣液兩用滲透率測試裝置。本實用新型所提供的技術方案能夠同時測試巖心的氣體滲透率和液體流動滲透率以及在工作液汙染下巖心的滲透率恢復程度。該裝置仿真性強，連接巧妙，結構簡單，操作方便，穩定性高，堅固耐用。
本實用新型所提供的技術方案如下：
一種巖心氣液兩用滲透率測試裝置，至少包括：
氣驅進樣裝置，所述氣驅進樣裝置包括氣驅進氣模塊和氣驅進液模塊；
可視巖心夾持器，所述可視巖心夾持器包括進口端和出口端，所述進口端設置有第一塞體，所述第一塞體設置有進氣管道，所述出口端設置有第二塞體，所述第二塞體設置有出氣管道，所述氣驅進氣模塊和所述氣驅進液模塊分別連通所述進氣管道；
以及與所述出氣管道連通的氣體流量計。
可視巖心夾持器具有透明的殼體，能夠觀測到液體流過巖心的現象，直觀的反映巖心受汙染過程。
具體的：
所述氣驅進氣模塊包括依次連通的第一氣源、儲氣罐和第一加熱裝置，所述第一加熱裝置連通所述進氣管道；
所述氣驅進液模塊包括依次連通的第二氣源、儲液罐和第二加熱裝置，所述第二加熱裝置連通所述進氣管道。
進一步的，所述第一氣源與所述第二氣源為同一氣源瓶；所述第一加熱裝置與所述第二加熱裝置為同一加熱器。氣源瓶提供氮氣或者甲烷等氣體，依據實驗調整。
進一步的，在所述出氣管道和所述氣體流量計之間設置有集液瓶；
在所述氣體流量計的後端設置有氣體收集瓶，所述氣體收集瓶分別連通所述可視巖心夾持器和所述儲氣罐。
進一步的，所述氣驅進樣裝置還包括第一三通管路、第二三通管路、第三三通管路、第四三通管路、第五三通管路和第六三通管路，所述儲氣罐包括進氣口和出氣口，所述儲液罐包括進液口和出液口，其中：
所述第一三通管路的第一個埠連通所述氣源瓶，所述第一三通管路的第二個埠連通所述可視巖心夾持器的加壓端，所述第一三通管路的第三個埠分別連通所述進氣口和所述進液口；
所述第二三通管路的第一個埠連通所述出氣口，所述第二三通管路的第二個埠連通所述第三三通管路的第一個埠；
所述第三三通管路的第二個埠連通所述儲液罐的上端，所述第三三通管路的第三個埠連通所述第四三通管路的第一個埠；
所述第四三通管路的第二個埠連通所述出液口，所述第四三通管路的第三個埠連通所述加熱器，所述加熱器連通所述可視巖心夾持器的進氣管道；
所述第五三通管路的第一個埠連通所述可視巖心夾持器的出氣管道，所述第五三通管路的第二個埠連通所述集液瓶，所述第五三通管路的第三個埠連通所述氣體流量計；
所述第六三通管路的第一個埠連通所述第二三通管路的第三個埠，所述第六三通管路的第二個埠連通所述可視巖心夾持器的卸壓端，所述第六三通管路的第三個埠連通所述氣體收集瓶。
進一步的，所述第一三通管路的第二個埠連通有圍壓控制閥，所述圍壓控制閥連通所述可視巖心夾持器的加壓端；
所述第一三通管路的第三個埠連通有進口壓力控制閥，所述進口壓力控制閥分別連通所述進氣口和所述進液口；
所述第二三通管路的第三個埠連通有第一洩壓閥，所述第一洩壓閥連通所述第六三通管路的第一個埠；
所述第六三通管路的第二個埠連通有第二洩壓閥，所述第二洩壓閥連通所述可視巖心夾持器的卸壓端。
進一步的，在所述氣源瓶和所述第一三通管路的第一個埠之間設置有第一氣壓表；
在所述儲氣罐和所述儲液罐的並聯的進氣端與所述進口壓力控制閥之間設置有第二氣壓表；
在所述圍壓控制閥和所述可視巖心夾持器的加壓端之間設置有第三氣壓表。
進一步的，在所述氣源瓶和所述第一氣壓表之間設置有第一開關；
在所述儲氣罐和所述儲液罐的並聯的進氣端和所述進氣口之間設置有第二開關；
在所述儲氣罐和所述儲液罐的並聯的進氣端和所述進液口之間設置有第三開關；
在所述出氣口和所述第二三通管路的第一個埠之間設置有第四開關；
在連通所述儲液罐的上端和所述第三三通管路的第二個埠的管路上設置有第五開關；
在所述出液口和所述第四三通管路的第二個埠之間設置有第六開關；
在所述第五三通管路的第三個埠和所述氣體流量計之間設置有第七開關；
在所述第五三通管路的第二個埠和所述集液瓶直接設置有第八開關；
在所述第三三通管路的第三個埠和所述第四三通管路的第一個埠之間設置有第九開關。
需要說明的是，針對上述各三通管路，為了便於描述，將靠近氣源一側的埠描述為第一個埠，將遠離氣源一側的埠描述為第三個埠，將第一個埠和第三個埠之間的埠描述為第二個埠。
本實用新型還提供了一種儲層傷害評價方法，包括以下步驟：
1)以本實用新型所提供的巖心氣液兩用滲透率測試裝置對巖心進行氣體滲透率的測定，並計算巖心的氣體滲透率，記為K1；
2)以本實用新型所提供的巖心氣液兩用滲透率測試裝置用測試巖心的液體滲透率的方法對巖心進行汙染傷害；
3)以本實用新型所提供的巖心氣液兩用滲透率測試裝置對步驟2)汙染傷害後的巖心進行氣體滲透率的測定，並計算巖心的氣體滲透率，記為K2；
4)計算K2/K1×100％，得到巖心的滲透率恢復率；計算(1-K2/K1)×100％，得到滲透率傷害率。
具體的，巖心的氣體滲透率的測定方法包括以下步驟：
1)關閉各開關、圍壓控制閥、進口壓力控制閥和各洩壓閥；
2)在可視巖心夾持器中裝入巖心，塞入第一塞體和第二塞體對巖心進行固定；
3)打開第一開關，提供氣壓；
4)調節圍壓控制閥，給巖心施加圍壓；
5)調節進口壓力控制閥至固定壓力，打開第二開關、第四開關、第九開關和第七開關，讓實驗氣體通過巖心，調節加熱器設定實驗溫度；
6)進口壓力數值通過第二壓力表5讀取，出口壓力為大氣壓，出口氣體流量數值由氣體流量計讀取，巖心的長度和截面積測量得到，通過適合氣體滲透率測試的修正達西公式計算出巖心的氣體滲透率。
具體的，巖心的液體滲透率的測定方法包括以下步驟：
1)關閉各開關、圍壓控制閥、進口壓力控制閥和各洩壓閥；
2)將待測液體裝入儲液罐，在可視巖心夾持器中裝入巖心，塞入第一塞體和第二塞體對巖心進行固定；
3)打開第一開關，提供氣壓；
4)調節圍壓控制閥，對巖心施加圍壓；
5)調節進口壓力控制閥至固定壓力，打開第三開關、第六開關和第八開關，讓氣體驅替待測液通過巖心，調節加熱器設定實驗溫度；
6)進口壓力數值通過第二壓力表5讀取，出口壓力為大氣壓，出口液體流量通過計時和集液瓶中液體體積計算得到，巖心的長度和截面積測量得到，通過達西滲流公式計算出巖心的液體滲透率。
上述儲層傷害評價方法、巖心的氣體滲透率的測定方法以及巖心的液體滲透率的測定方法均可由本實用新型所提供的巖心氣液兩用滲透率測試裝置實現。
相比較現有技術，本實用新型具有以下優點：
1、在同一裝置條件下可以實現測試巖心氣體滲透率和液體滲透率的目的，操作簡單，節省實驗時間，避免了兩套儀器分開測試造成的巖心損壞。
2、本裝置中巖心夾持器可視，能夠觀測到液體流過巖心的現象，直觀的反映巖心受汙染過程。
3、具有加熱恆溫裝置，能夠實現在特定的溫度條件下測試液體或者氣體滲透率。
4、實驗氣體為氮氣，可以排放至空氣，如果為甲烷等對環境不友好氣體，則可以通過氣體收集器收集實驗氣體。
附圖說明
圖1是本實用新型所提供的巖心氣液兩用滲透率測試裝置的結構示意圖。
附圖1中，各標號所代表的結構列表如下：
1、氣源瓶，2、第一開關，3、第一氣壓表，4、進口壓力控制閥，5、第二氣壓表，6、第二開關，7、儲氣罐，8、第四開關，9、第三開關，10、儲液罐，11、第六開關，12、可視巖心夾持器，13、第一塞體，14、第二塞體，15、巖心，16、圍壓控制閥，17、第一三通管路，18、第三氣壓表，19、第七開關，20、第八開關，21、集液瓶，22、氣體流量計，23、氣體收集瓶，24、加熱器，25、第一洩壓閥，26、第五開關，27、第九開關，28、第二洩壓閥。
具體實施方式
以下對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實施例只用於解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的範圍。
在一個具體實施方式中，如圖1所示，一種巖心氣液兩用滲透率測試裝置，包括氣驅進樣裝置、可視巖心夾持器12、集液瓶21、氣體流量計22和氣體收集瓶23。可視巖心夾持器12包括進口端和出口端，進口端設置有第一塞體13，第一塞體13設置有進氣管道，出口端設置有第二塞體14，第二塞體14設置有出氣管道。可視巖心夾持器12內設置巖心15。
氣驅進樣裝置包括氣源瓶1、第一開關2、第一氣壓表3、第一三通管路17、進口壓力控制閥4、第二氣壓表5、第二開關6、儲氣罐7、第四開關8、第三開關9、儲液罐10、第六開關11、第二三通管路、第三三通管路、第四三通管路、加熱器24、第五開關26和第九開關27。
氣源瓶1、第一開關2、第一氣壓表3、第一三通管路17和進口壓力控制閥4和依次設置。進口壓力控制閥4分別連通有第二開關6和第三開關9。第二開關6連通儲氣罐7，儲氣罐7連通第四開關8，第四開關8連通第二三通管路的第一個埠。
第三開關9連通儲液罐10，儲液罐10連通第六開關11，第六開關11連通第四三通管路的第二個埠。
另外，儲液罐10的上端連通第五開關26，第五開關26連通第三三通管路的第二個埠。
第二三通閥的第二個埠、第三三通的第一個埠、第三三通閥的第三個埠、第四三通閥的第三個埠、加熱器24以及進口管道依次連通。
進口管道連通第五三通管路的第一個埠，第五三通管路的第二個埠連通第八開關20，第八開關20連通集液瓶21。第五三通管路的第三個埠連通第七開關19，第七開關19連通氣體流量計22。氣體流量計22連通氣體收集瓶23，氣體收集瓶23連通第六三通管路的第三個埠。第六三通管路的第二個埠連通第二洩壓閥28，第二洩壓閥28連通可視巖心夾持器12的洩壓端。第六三通管路的第一個埠連通第一洩壓閥25，第一洩壓閥25連通第二三通管路的第三個埠。第三三通管路的第三個埠和第四三通管路的第一個埠之間設置第九開關27。
第一開關和第一三通管路17之間設置第一氣壓表3。進口壓力控制閥4之後設置第二氣壓表5。第一三通管路的17的第二個埠連接圍壓控制閥16，圍壓控制閥16和可視巖心夾持器12的加壓端之間設置、第三氣壓表18。
在上述裝置中
氣源瓶1，可為氮氣或者甲烷等氣體，根據實驗需要而定；
第一開關2，控制氣源開關；
第一氣壓表3，顯示氣源壓力；
進口壓力控制閥4，控制進入儲氣罐7和儲液罐10中的壓力；
第二氣壓表5，顯示進入儲氣罐7和儲液罐10中的壓力；
第二開關6，安裝在進口壓力控制閥4和儲氣罐7之間管路上，控制儲氣罐7的壓力；
儲氣罐7，裡邊氣體即氣源1中的氣體；
第四開關8，安裝在儲氣罐7和夾持器第一塞體13之間管路上，控制儲氣罐氣體的進口壓力；
第三開關9，安裝在進口壓力控制閥4和儲液罐10之間管路上，控制儲液罐10的壓力；
儲液罐10，內裝實驗待測液，比如清水、鑽井液等；
第六開關11，安裝在儲氣罐10和夾持器第一塞體13之間管路上，控制儲液罐氣體的進口壓力；
可視巖心夾持器12，夾持器由剛性外殼和內部氣囊構成，可以通過控制圍壓閥16使氣體進入剛性外殼和氣囊之間的密閉空間，從而施加圍壓以夾緊巖心，此夾持器為透明材料做成；
第一塞體13和第二塞體14，第一塞體13和第二塞體分別在夾持器12兩端，可以插入夾持器從而固定巖心；
巖心15，裝在夾持器中，為天然巖心或者人造巖心；
圍壓控制閥16，通過調節圍壓控制閥從而調節巖心周向壓力；
第一三通管路17，分別與氣源鋼瓶1、儲氣罐7/儲液罐10、夾持器12相連，由氣源鋼瓶提供氣體，通過進口壓力控制閥4和圍壓控制閥18來調節輸出壓力大小；
第三氣壓表18，顯示巖心圍壓大小；
第七開關19，安裝在第二塞體14和氣體流量計22之間的管路上；
第八開關20，安裝在第二塞體出液管路上，控制液體流出；
集液瓶21，收集流出的液體，可讀出液體體積；
氣體流量計22，可讀出氣體通過時的流量；
氣體收集器23，能夠將從氣體流量計通過的氣體和儲氣罐中的氣體收集起來；
加熱器24，裝在連接第一塞體的管路上，為進入夾持器的氣體/液體加熱，可顯示溫度值；
第一洩壓閥25，用於洩掉儲氣罐7和儲液罐10中壓力；
第五開關26，裝在連接儲液罐10罐口和第一塞體的管路上；
第九開關裝27在連接開關26和開關11的管路上；
第二洩壓閥28，用於洩掉夾持器圍壓。
以上部件之間均為金屬管路連接。
實施例
氣體滲透率測試方法和步驟：
1實驗開始前保證所有開關、控制閥和洩壓閥關閉。
2在可視巖心夾持器12中裝入巖心，插入第一塞體13和第二塞體14固定之。
3打開第一開關2，提供氣壓。
4調節圍壓控制閥16，給巖心施加一定圍壓。
5調節進口壓力控制閥4至固定壓力，打開儲氣罐開關6、第四開關8、第九開關27和第七開關19，讓實驗氣體通過巖心。調節加熱器24設定實驗溫度。
6進口壓力數值通過第二氣壓表5讀取，出口氣體流量數值由氣體流量計22讀取，出口壓力為大氣壓，巖心的長度和截面積可測，從而通過達西定律修正公式計算出巖心的氣體滲透率。
7實驗完畢後，關閉第一開關2、第二開關6、第七開關19、第九開關27、進口壓力控制閥4和圍壓控制閥16。打開洩壓閥25排出儲氣罐7中的氣體，之後關閉第四開關8和洩壓閥25，打開洩壓閥28洩掉夾持器12上的圍壓。
液體滲透率測試方法和步驟：
1實驗開始前保證所有開關、控制閥和洩壓閥關閉。
2將待測液體裝入儲液罐10；在可視巖心夾持器12中裝入巖心，插入第一塞體13和第二塞體14固定之。
3打開第一開關2，提供氣壓。
4調節圍壓控制閥16，給巖心施加一定圍壓。
5調節進口壓力控制閥4至固定壓力，打開儲第三開關9、第六開關11和第八開關20，讓氣體驅替待測液通過巖心。調節加熱器24設定實驗溫度。
6進口壓力數值通過第二氣壓表5讀取，出口液體流量通過計時和集液瓶21中液體體積計算得到，出口壓力為大氣壓，巖心的長度和截面積可測，從而通過達西滲流公式計算出巖心的液體滲透率。
7實驗完畢後，關閉第一開關2、第三開關9、第六開關11、開關20、進口壓力控制閥4和圍壓控制閥16。打開洩壓閥25和第五開關26排出儲液罐10中的氣體，之後關閉第五開關26和洩壓閥25，打開洩壓閥28卸掉夾持器12中的圍壓。最後將儲液罐中剩餘待測液體倒出。
巖心滲透率傷害實驗：
1測得巖心的氣體滲透率K1。
2通過測試巖心液體滲透率的方法用待測液對巖心進行汙染傷害。
3再次測得巖心的氣體滲透率K2。
4巖心的滲透率恢復率為K2/K1×100％，滲透率傷害率為(1-K2/K1)×100％。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。