CN111337411B - 一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法及测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法及测试装置。所述测试装置包括岩心夹持器、轴向加压泵、围压加压泵和流体渗流监测***，岩心夹持器包括同轴依次连接的第一堵头组件、承压筒、第二堵头组件、胶套、堵头、至少一个汇流组件和产出堵头，注入堵头、产出堵头和胶套围成用于放置待测岩心的密闭空间，轴向加压泵能够对待测岩心施加轴向压力；围压加压泵能够对待测岩心施加围压；流体渗流监测***包括注入泵、流体容器罐、多个流量计、多个压力计和多个控制阀。所述测试方法包括根据上述测试装置测试待测岩心的径向渗透能力。本发明的有益效果包括：本装置密封性能好，测试效率高，本方法能够对不同径向方位的渗透能力进行测试。
Description
技术领域
本发明涉及页岩储层增产改造技术领域，具体地，涉及一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法及测试装置。
背景技术
页岩气藏储层往往含有大量纳米级孔隙，同时次生微米级孔隙和微裂缝，具有粘性流动、滑脱流动和克努森扩散流动等多尺度渗流特征，其独特的渗流特征表现出强力的各向异性，同时地应力场和温度场的耦合作用的存在致使常规的渗流理论不能适应页岩气藏的增产改造。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法及测试装置。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种全直径页岩径向渗透能力的测试装置。所述测试装置可包括岩心夹持器、轴向加压泵、围压加压泵和流体渗流监测***，其中，岩心夹持器可包括同轴依次连接的第一堵头组件、承压筒和第二堵头组件，设置在承压筒内的胶套，设置在胶套内的注入堵头、至少一个汇流组件和产出堵头，注入堵头、产出堵头和胶套围成用于放置待测岩心的密闭空间，其中，承压筒可包括两端的第一开口和第二开口；第一堵头组件与第一开口密封连接，并被配置为能够向注入堵头传递轴向压力，第二堵头组件与第二开口密封连接，并被配置为能够固定产出堵头；胶套分别与第一堵头组件和第二堵头组件密封连接，并与第一堵头组件、承压筒和第二堵头组件围成了密闭的围压腔体；注入堵头设置有注入通道，用于向待测岩心注入流体，产出堵头设置有产出通道，用于排出流体；至少一个汇流组件沿待测岩心的外壁的长度方向设置，并包绕在待测岩心上，以将流体汇集至产出通道；轴向加压泵用于驱动第一堵头组件向注入堵头施加轴向压力，以对待测岩心形成轴向压力；围压加压泵与围压腔体连通，并被配置为能够向围压腔体内注入围压液，以对待测岩心形成围压；流体渗流监测***包括注入泵、流体容器罐、注入流体流量计、注入控制阀、注入压力传感器、产出控制阀、产出流体流量计和产出压力传感器，其中，流体容器罐、注入流体流量计、注入控制阀与注入通道通过管线依次连接，流体容器罐内储存有向待测岩心注入的流体，注入流体流量计用于监测注入流体的流量，注入控制阀用于控制管线的开闭；注入泵能够将流体容器罐内的流体泵入岩心夹持器；注入压力传感器设置在注入控制阀与注入通道连接的管线上，并被配置为能够监测注入流体的压力；产出通道、产出控制阀与产出流体流量计通过管线依次连接，产出控制阀用于控制管线的开闭，产出流体流量计用于监测产出流体的流量；产出压力传感器设置在产出控制阀与产出流体流量计连接的管线上，并被配置为能够监测产出流体的压力。
在本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试装置的一个示例性实施例中，所述第一堵头组件可包括第一封盖、调节堵头、调节套筒和第一调节套筒，其中，
调节堵头一端与所述承压筒的第一开口端密封连接，另一端与第一封盖密封连接；
第一定位套筒一端与注入堵头连接，另一端与调节套筒连接；
第一定位套筒与调节套筒设置在调节堵头和第一封盖中，并能够相互配合调节并固定所述注入堵头的轴向位置。
在本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试装置的一个示例性实施例中，所述调节套筒和所述调节堵头之间能够形成沿所述第一开口至所述第二开口分布且相互隔离的第一腔体和第二腔体，所述调节堵头上还设置有将第一腔体与外界连通的泵注通道，泵注通道与轴向加压泵通过管线连接，注入轴向加压液后推动调节套筒与第一定位套筒向注入堵头施加轴向压力，以对待测岩心形成轴向压力，其中，在泵注通道封堵的情况下，第一腔体密封。
在本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试装置的一个示例性实施例中，所述第一堵头组件可包括设置在内部的活塞，驱动活塞向注入堵头施加轴向压力，以对待测岩心形成轴向压力，其中，活塞上具有供注入管线通过的通道。
在本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试装置的一个示例性实施例中，所述第二堵头组件可包括固定堵头、第二封盖以及设置在固定堵头内部的第二定位套筒，其中，
固定堵头与所述第二开口固定连接；
第二封盖能够将固定堵头和第二定位套筒与所述承压筒的第二开口端固定连接，其中，固定堵头与承压筒密封连接。
在本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试装置的一个示例性实施例中，所述产出通道、产出控制阀、产出流体流量计和产出压力传感器分别至少可包括一个子产出通道、子产出控制阀、子产出流体流量计和子产出压力传感器，子产出通道、子产出控制阀、子产出流体流量计和子产出压力传感器一一对应，且与所述至少一个汇流组件一一对应。
本发明另一方面提供了一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法。所述测试方法采用上述全直径页岩径向渗透能力各项异性的测试装置，可包括以下步骤：将圆柱体状的待测岩心烘干，在待测岩心上钻同轴的孔道，然后放入测试装置中，具有孔道的一端朝向注入堵头，用于测试的流体通入孔道内；通过对活塞进行增压，实现对待测岩心的轴向加压；打开围压泵，向围压腔体内注入围压液对胶套加压，实现对待测岩心的围压加压；启动注入泵，将流体容器罐中的流体泵入夹持器中，通过注入流体流量计、注入压力传感器、产出流体流量计和产出压力传感器，对注入和产出流体的流量和压力进行监测；当注入流体和产出流体的流量和压力都稳定0.8～1.5h后，进行渗透率测试，渗透率为K，
其中，h为孔道的深度，P1为注入流体的压力，P2为产出流体的压力，r1为孔道的半径，r2为待测岩心的半径，Q为产出流体的流量，μ为流体黏度。
在本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试方法的一个示例性实施例中，所述测试方法还可包括步骤：
通过单独对至少一个子产出通道的注入和产出流体压力进行监测，从而对待测岩心不同径向方位上的渗透能力的各向异性进行测试，渗透率的各项异性通过渗透率的矩阵形式表达。
在本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试方法的一个示例性实施例中，所述测试方法还可包括步骤：
使用不同长度的金属管线，依次在孔道内不同径向截面处进行各项异性测量，重复渗透率测试和渗透率的各向异性测试，将测量结果进行对比，评价页岩岩心的非均质性。
在本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试方法的一个示例性实施例中，在钻孔道之前还可包括步骤：扫描内部孔隙及天然裂缝在径向方位上的体积占比；
在待测岩心不同径向方位上的渗透率测试后，根据不同径向方位上的孔隙及天然裂缝的体积占比与渗透率进行对比修正，确定两者之间的相关性。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：本发明的测试装置在测试过程中实现三轴应力加载和卸载，实验装置的密封性能好，测试效率高；本发明的测试方法可以进行三轴应力对页岩岩芯渗透能力敏感性评价，通过不同的流体对径向不同方位的渗透能力测试，并对渗透率采用张量形式表示其各向异性，同时可以测定不同轴向长度上径向渗透能力。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明的一个示例性实施例中的全直径页岩径向渗透能力的测试装置的一个结构示意图；
图2示出了本发明的一个示例性实施例中的调节堵头的一个结构示意图；
图3示出了本发明的一个示例性实施例中的固定堵头的一个结构示意图；
图4示出了本发明的一个示例性实施例中的注入堵头的一个结构示意图；
图5示出了本发明的一个示例性实施例中的产出堵头的一个结构示意图；
图6示出了本发明的一个示例性实施例中的汇流组件的一个结构示意图；
图7示出了本发明的一个示例性实施例中的汇流组件的安装示意图；
图8示出了本发明的一个示例性实施例中的流体注入管线与待测岩心的一个位置示意图；
图9示出了本发明的一个示例性实施例中的测试示意图。
主要附图标记如下：
1、注入堵头，101、第一圆筒段，102、第二圆筒段，103、第三圆通段，2、第二封盖，3、固定堵头，301、第四圆筒段，302、第五圆筒段，303、第六圆筒段，4、承压筒，5、胶套，6、产出堵头，7、流体汇流板，8、保温套，9、第一定位套筒，10、调节堵头，11、泵注入口，12、第一封盖，13、调节套筒，14、流体注入管件，15、流体输出管件，16、第二定位套筒，17、注入通道，18、产出通道，18a、产出通道进液口，18b、产出通道排液口，19、汇流网，20、待测岩心，21、轴向加压泵，22、围压加压泵，23、流体容器罐，24、减压阀，25、注入流体流量计，26、单向阀，27、注入压力传感器，28、注入泵，29、子产出控制阀，31、子产出压力传感器，32、子产出流体流量计，33、旋塞阀A，34、旋塞阀B，35、旋塞阀C，36、旋塞阀D，37、子产出流体流量计A，38、子产出流体流量计B，39、子产出流体流量计C，40、子产出流体流量计D，41、子产出压力传感器A，42、子产出压力传感器B，43、子产出压力传感器C，44、子产出压力传感器D。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的全直径页岩径向渗透能力的测试方法及测试装置。
本发明一方面提供了一种全直径页岩径向渗透能力的测试装置。
在本发明的第一个示例性实施例中，如图1所示，所述测试装置可以包括岩心夹持器、轴向加压泵21、围压加压泵22和流体渗流监测***。
具体地，岩心夹持器可以包括同轴并且依次连接的第一堵头组件、承压筒4和第二堵头组件，设置在承压筒4内部的胶套5，设置在胶套5内部的注入堵头1、至少一个汇流组件和产出堵头6，如图1所示，胶套5、注入堵头1、产出堵头6、第一堵头组件、承压筒4和第二堵头组件都可以是同轴设置。
在本实施例中，如图1所示，承压筒4可以为圆筒状，并且，可以具有位于左侧一端的第一开口、位于右侧一端的第二开口，其中，承压筒4的第一开口端与第一堵头组件连接，承压筒4的第二开口端与第二堵头组件连接。此外，承压筒4的筒体外壁上还可以包裹有保温套8，通过设置保温套8可以减少实验时夹持器的温度变化，使得测试结果更准确。
在本实施例中，如图1所示，胶套5可以为轴向两端都具有开口的筒状结构，并且具有开口的两端分别与第一堵头组件和第二堵头组件密封接触连接，胶套5的中部可以呈凹陷，并且还能够与承压筒4的内壁、第一堵头组件和第二堵头组件围成密封的围压腔体(或者胶套5与承压筒4的内壁围成密封的围压腔体)，同时承压筒4可以具有贯穿侧壁的孔道以使围压腔体与外界连通，以便于向围压腔体内注入围压液体。
在本实施例中，如图1所示，注入堵头1和产出堵头6都可以由同轴连接的两个圆柱段构成，并且圆柱段的径向尺寸不一致(如图4和图5所示)，但是构成注入堵头1和产出堵头6的径向尺寸较大的圆柱段的径向尺寸一致，并且都能够与胶套5的内壁贴合以相互配合，同时两个径向尺寸较大的圆柱段相对设置，待测岩心20可以设置在由胶套5、注入堵头1和产出堵头6围成的空间内，所述待测岩心20可以为圆柱体状的岩心，待测岩心20可以与夹持器同轴设置，并且待测岩心20的轴向一端可以与注入堵头1接触(与注入堵头1径向尺寸较大的一端接触)、轴向另一端可以与产出堵头6接触(与产出堵头6径向尺寸较大的一端接触)，待测岩心的径向尺寸为胶套内径的0.8～0.9倍。如图4所示，在注入堵头1设置有贯穿的注入通道17，用于向待测岩心通入测试流体；如图5所示，在产出堵头6上开设有至少一个子产出通道，产出通道进液口18a可以位于产出堵头6与胶套5配合的一端的端面上，产出通道出液口18b可以设置在产出堵头6背离注入堵头一端的端面上，子产出通道可以为L形通道，子产出通道的个数可以为4～8个(子产出通道的个数可以为偶数)，例如4个或6个或8个，根据待测岩心的长度和直径以及注入的流体量进行确定，每个子产出通道都可以分别对应一个汇流组件。
具体地，第一堵头组件能够从第一开口端伸入承压筒4内，并能够与承压筒4具有第一开口的一端固定密封连接，并且还能够向注入堵头1施加轴向的推力，调节注入堵头1在胶套5中的轴向位置，从而能够使得本装置适应不同长度的待测岩心。第一堵头组件可以包括第一封盖12、调节堵头10、调节套筒13和第一调节套筒9。其中，如图1所示，调节堵头10可以为筒状或者类筒状结构，且调节堵头10一端与所述承压筒4的第一开口端可以为螺纹连接，并且可以通过密封件密封(例如通过O型密封圈密封)，另一端与第一封盖12密封连接；第一封盖12可以为类圆盘形且圆盘中部设置有开口，第一封盖12可以通过螺栓与调节堵头10固定连接，并且通过设置密封件密封(例如O型密封圈)，此外，调节堵头10上可以设置有便于调节堵头与承压筒拆卸、安装的开孔结构；调节套筒13可以包括圆柱状的筒体和位于筒体外壁上的类似凸台结构，调节套筒13可以与第一定位套筒9配合调节并固定注入堵头1在胶套5中的轴向位置，具体地来讲，调节套筒13、第一定位套筒9和注入堵头1可以沿着第一开口到第二开口的方向依次进行设置，其中，调节套筒13的部位筒体可以位于调节堵头10的内部且该部分筒体的端部(即图1中的右侧)能够与第一定位套筒9接触，其余筒***于外界；第一定位套筒9的部分筒体或全部筒体能够深入胶套5内与注入堵头1接触。
在本实施例中，如图1所示，调节套筒13和调节堵头10之间能够形成沿着第一开口向第二开口分布且相互隔离的第一腔体和第二腔体，调节堵头10上还可以设置有将第一腔体与外界连通的泵注入口11，其中，第二腔体密闭，当泵注入口通道封堵时，第一腔体密闭。通过泵注入口11向第一腔体中注入流体，即可推动第一定位套筒9以第一开口向第二开口的方向移动，也可以以此来调整、固定注入堵头1在胶套5中的轴向位置。另外，调节套筒13和第一定位套筒9也可以为一体式的结构。
在本实施例中，如图2所示，调节堵头10可以包括轴向依次连接的第一圆筒段101、第二圆筒段102和第三圆筒段103，并且第二圆筒段102的内径大于第三圆筒段103的内径，其中，第二圆筒段102的外壁与承压筒4的内壁固定密封连接，第三圆筒段103与胶套5密封连接。此外，第一圆筒段101上还可以设置有径向贯穿的注入通道11。
另外，第一堵头组件还可以包括设置在调节套筒13内部的活塞，驱动活塞向注入堵头施加轴向压力，以对待测岩心形成轴向压力，其中，活塞上可以具有供注入管线通过的通道。
具体地，第二堵头组件能够从第二开口处伸入承压筒4筒体内，并能够与承压筒4具有第二开口的一端固定密封连接且将产出堵头6固定。具体来讲，第二堵头组件能够部分设置在夹持器承压筒4的第二开口中，并与第二开口的内壁形成固定密封连接，第二堵头组件能够与产出堵头6连接或接触，从而将产出堵头6在胶套5中的位置固定，以便和注入堵头1配合对不同长度的页岩岩心施加轴向应力。例如，第二堵头组件可包括的固定堵头3和第二封盖2、以及设置在固定堵头3内部的第二定位套筒16，其中，固定堵头3为筒状或类筒状结构，且其与对应承压筒4具有第二开口的一端固定连接；第二封盖2能够将固定堵头3和第二定位套筒16与承压筒4具有第二开口的一端固定连接。如图3中所示，固定堵头3可包括沿轴向依次连接的第四圆筒段301、第五圆筒段302和第六圆筒段303，其中，第六圆筒段303与承压筒4具有第二开口一端固定连接(即图1中承压筒上端)，第五圆筒段302与承压筒4第二开口内壁之间设置有密封件，第四圆筒段303与胶套5密封接触。具体来讲，第二封盖2为类瓶盖形，且第二封盖2上设置有第四开口，承压筒4具有第二开口的一端外壁上设置有螺纹，第二封盖2和承压筒4具有第二开口的一端螺纹连接。当然，这里固定堵头3和第二定位套筒16也可以合并为一个整体。此外，第二封盖2上还可设置有开孔方便第二封盖2与承压筒4的拆卸安装。然而，本发明不限于此，第二堵头组件也可以为其它结构，只要能够与承压筒具有第二开口的一端固定密封连接并能够固定产出堵头在胶筒内的位置即可。
因此，如图1所示，胶套5的左端可以是与第一堵头组件中调节堵头10的第三圆筒段103密封接触，其右端可以是与第二堵头组件的固定堵头3的第四圆筒段304密封接触。
具体地，如图1所示，汇流组件位于注入堵头1和产出堵头6之间，并能够沿待测岩心20外壁的长度方向包绕于待测岩心20上，以汇集流体。如图6所示，汇流组件可以包括流体汇流网19和流体汇流板7，流体汇流网19设置在流体汇流板7上，流体汇流网19能够将页岩岩心20径向渗流的流体汇集到流体汇流板7上，流体汇流板7将流体汇集到产出通道18内。具体来讲，汇流组件能够将待测试的页岩岩心20的径向圆周面包裹住并将从页岩岩心里层缝中渗流出的液体汇集过后通过产出堵头6上的产出通道18输送至外界。如图5中所示，汇流组件包括流体汇流网19和流体汇流板7，汇流组件整体为与页岩岩心20圆周面贴合的弧形结构，流体汇流网19设置在流体汇流板7上与页岩岩心20贴合的一面，页岩岩心20径向渗流的液滴通过流体汇流网汇集成液流并通过流体汇流板7进入到产出通道18内。例如，流体汇流网19和流体汇流板7的数量可为4～8个，视页岩岩心的直径而定。页岩岩心20、汇流组件、产出堵头6配合的结构示意图可如图7中所示。
具体地，如图1所示，轴向加压泵21可以通过管线与11泵注入口连通，提供用于驱动第一堵头组件的液体，对待测岩心20形成轴向压力；围压加压泵22可以通过管线与承压筒4贯穿侧壁的孔道连接，以便于向围压腔体内注入围压液，以对待测岩心形成围压。
具体地，如图1所示，流体渗流监测***包括注入泵28、流体容器罐23、注入流体流量计25、注入控制阀26、注入压力传感器27、产出控制阀、产出流体流量计和产出压力传感器。其中，流体容器罐23、注入流体流量计25、注入控制阀26与注入通道17通过管线依次连接，流体容器罐23内储存有向待测岩心注入的流体，注入流体流量计25用于监测注入流体的流量，注入控制阀26用于控制管线的开闭，注入泵28能够将流体容器罐23内的流体泵入岩心夹持器，注入压力传感器27设置在注入控制阀26与注入通道17连接的管线上，并被配置为能够监测注入流体的压力。
在本实施例中，流体容器罐23与注入流体流量计25连接的管线上还可以设置有减压阀24，用于减压。
在本实施例中，流体容器罐23可以为储存有液体的液体容器罐，注入泵28可以为恒速恒压泵或是流体平流泵，注入控制阀26可以为单向阀，最终通入注入通道17的管线可以为金属管件，例如图1中所示的流体注入管件14。
如图1所示，产出通道18、产出控制阀29与产出流体流量计通过管线依次连接，产出控制阀29用于控制管线的开闭，产出流体流量32计用于监测产出流体的流量，产出压力传感器31设置在产出控制阀29与产出流体流量计32连接的管线上，并被配置为能够监测产出流体的压力，从产出通道18接出的管线可以为金属管件，例如图1中所示的流体输出管件15。
在本实施例中，所述产出通道、产出控制阀、产出流体流量计和产出压力传感器分别至少包括一个子产出通道18、子产出控制阀29、子产出流体流量计32和子产出压力传感器31，并一一对应，且与所述至少一个汇流组件一一对应，从而使得每一个产出通道连接的流量计和压力计都能够分别对单独一个径向方位的渗透能力进行测试。
在本实施例中，子产出控制阀可以包括旋塞阀。
在本发明的第二个示例性实施例中，在第一个示例性实施例的基础上，汇流组件设置有四个，如图9所示(图中只是示出了对应关系，并不表示具体结构关系)，同时与四个汇流组件分别对应的一共可以包括四个子产出通道、四个旋塞阀(可以分别记作旋塞阀A33、旋塞阀B34、旋塞阀C35、旋塞阀D36)、四个子产出流体流量计(可以分别记作子产出流体流量计A37、子产出流体流量计B38、子产出流体流量计C39、子产出流体流量计D40)和四个子产出压力传感器(可以分别记作子产出压力传感器A41、子产出压力传感器B42、子产出压力传感器C43、子产出压力传感器D44)，四个汇流组件均匀的设置在待测岩心的外壁上，同时，通入待测岩心测试流体的管件可以通入到待测岩心孔道的A1、A2、A3和A4四个不同的位置，如图8所示，虽然图中所示的管件为流体注入管件且流体注入管件的径向尺寸小于待测岩心中部的孔道的径向尺寸，但是实际上流体注入管件可以是刚好与孔道的内壁所贴合设置的，从而能够保证对轴向不同位置(例如图8中的A1、A2、A3和A4四个不同位置)进行渗透能力测试时的准确性。
本发明另一方面提供了一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法。
在本发明的第三个示例性实施例中，所述测试方法采用了第一个示例性实施例中所述的测试装置，所述测试方法可以包括：
步骤一：将圆柱体状的待测岩心烘干，在待测岩心上钻同轴的孔道，然后放入测试装置中，具有孔道的一端朝向注入堵头，用于测试的流体通入孔道内。
步骤二：通过对活塞进行增压，实现对待测岩心的轴向加压。
步骤三：打开围压泵，向围压腔体内注入围压液对胶套加压，实现对待测岩心的围压加压。
步骤四：启动注入泵，将流体容器罐中的流体泵入夹持器中，通过注入流体流量计、注入压力传感器、产出流体流量计和产出压力传感器，对注入和产出流体的流量和压力进行监测。
在本实施例中，步骤四的时候，所有的产出通道都是开通的。
步骤五：当注入流体和产出流体的流量和压力(所有产出通道所对应的子产出流体流量计和子产出压力传感器所记录的流量和压力)都稳定0.8～1.5h后，进行渗透率测试，渗透率为K，
其中，h为孔道的深度，P1为注入流体的压力，P2为产出流体的压力，r1为孔道的半径，Q为产出流体的流量，r2为待测岩心的半径，μ为粘度单位，单位是MPa·S。
具体地，为了测试待测岩心不同位置的径向渗透能力，所述测试方法还可以包括步骤：
通过单独对至少一个产出通道的注入和产出流体压力进行监测，从而对对不同径向方位上的渗透能力的各向异性进行测试，渗透率的各项异性通过矩阵形式表达。
具体地，为了得到待测岩心的非均质性，所述测试方法还可以包括步骤：
使用不同长度的金属管线，依次在孔道内不同径向截面处进行各项异性测量，重复渗透率测试和渗透率的各向异性测试，将测量结果进行对比，评价页岩岩心的非均质性。
具体地，为了修正孔隙及裂缝体积与渗透率的相关性，在钻孔道之前还可以包括步骤：扫描内部孔隙及天然裂缝在径向方位上的体积占比；
在不同径向方位的渗透率测试后，根据不同径向方位上的孔隙及天然裂缝的体积占比与渗透率进行对比修正，确定两者之间的相关性。
在本发明的第四个示例性实施例中，所述测试方法采用了第二个示例性实施例中所述的测试装置，所述测试方法可以包括以下步骤：
步骤1)将一块高80～100mm、直径为105mm的岩芯烘干，进行CT扫描，评价岩芯内部孔隙及天然裂缝在径向方位上的体积占比。
步骤2)用气钻在岩芯中间钻30～50mm深的孔道，加工完毕后将岩心放入胶套中；
步骤3)将胶套和页岩岩样放入夹持器筒体，安装上活塞，通过机械增压方式实现岩心的轴向加压，加压范围在0MPa～70MPa；
步骤4)在保持轴向压力的情况下，打开围压加压阀，通过围压压力装置对胶套加压，围向压力可以控制在0～70MPa；
步骤5)打开径向流出旋塞阀，启动流体平流泵，将液体储存罐中的液体通过金属管线，流经上端活塞流体入口端泵入夹持器中，进出口端压力与流量稳定1h后开始进行渗透能力测试，通过压力计记录和流出压力计记录；
步骤6)打开径向流出通道阀门，加压和注入流体稳定1h后开始记录数据，轴向固定压力6.90MPa、10.35MPa、13.80MPa、17.25MPa、20.7MPa、27.6MPa、34.5MPa、41.4MPa、48.3MPa、55.2MPa、62.1MPa，径向分别加压6.90MPa、10.35MPa、13.80MPa、17.25MPa。并在径向加压的基础上，进行注入流量为2ml/min、4ml/min、6ml/min、8ml/min、10ml/min页岩岩心径向流动能力测试。记录径向流体中注入压力P注2和径向流体出口流量Q、径向流体出口压力P径，得到径向压力和流出流量的关系图，其中径向渗透能力可以参照径向达西公式进修正：
其中：
r1—加工孔眼半径，mm；
r2—岩心半径，mm；
P径—径向流体流出压力，MPa；
P注2—流体注入压力，MPa；
h—孔眼深度，mm；
μ—流体粘度，MPa·S。
步骤7)通过控制旋塞阀ABCD，首先打开旋塞阀A，关闭旋塞阀BCD，通过子产出流体流量计A测量出口流量QA。再打开旋塞阀B，关闭旋塞阀ACD，通过子产出流体流量计B测量出口流量QB。打开旋塞阀C，关闭旋塞阀ABD，通过子产出流体流量计C测量出口流量QC。打开旋塞阀D，关闭旋塞阀ABC，通过子产出流体流量计D测量出口流量QD。ABCD渗透率K可以通过步骤6)中的径向达西公式表示。其中渗透率的各向异性通过渗透率张量的2阶矩阵表达：
其中：
kxx—A方向渗透率，D(单位)；
kxy—B方向渗透率，D(单位)；
kyx—C方向渗透率，D(单位)；
kyy—D方向渗透率，D(单位)；
步骤8)使用不同长度的金属管线，依次在A1～A4点进行各项异性测量，重复步骤6)和步骤7)，将测量结果进行对比，同时可以评价页岩岩心的非均质性。
步骤9)将径向不同方位上的孔隙及裂缝体积占比参数与径向各个方位上的渗透率进行对比修正，确定全直径岩芯在不同径向方位上的孔隙及裂缝体积与渗透率的相关性。
综上所述，本发明的一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法及测试装置的优点可包括：本发明的测试装置在测试过程中实现三轴应力加载和卸载，实验装置的密封性能好，测试效率高；本发明的测试方法可以进行三轴应力对页岩岩芯渗透能力敏感性评价，通过不同的流体对径向不同方位的渗透能力测试，并对渗透率采用张量形式表示其各向异性，同时可以测定不同轴向长度上径向渗透能力。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (8)
1.一种全直径页岩径向渗透能力的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括岩心夹持器、轴向加压泵、围压加压泵和流体渗流监测***，其中，
岩心夹持器包括同轴依次连接的第一堵头组件、承压筒和第二堵头组件，设置在承压筒内的胶套，设置在胶套内的注入堵头、至少一个汇流组件和产出堵头，注入堵头、产出堵头和胶套围成用于放置待测岩心的密闭空间，其中，
承压筒包括两端的第一开口和第二开口；
第一堵头组件与第一开口密封连接，并被配置为能够向注入堵头传递轴向压力，第二堵头组件与第二开口密封连接，并被配置为能够固定产出堵头；
胶套分别与第一堵头组件和第二堵头组件密封连接，并与第一堵头组件、承压筒和第二堵头组件围成了密闭的围压腔体；
注入堵头设置有注入通道，用于向待测岩心注入流体，产出堵头设置有产出通道，用于排出流体；
至少一个汇流组件沿待测岩心的外壁的长度方向设置，并包绕在待测岩心上，以将流体汇集至产出通道；
轴向加压泵用于驱动第一堵头组件向注入堵头施加轴向压力，以对待测岩心形成轴向压力；
围压加压泵与围压腔体连通，并被配置为能够向围压腔体内注入围压液，以对待测岩心形成围压；
流体渗流监测***包括注入泵、流体容器罐、注入流体流量计、注入控制阀、注入压力传感器、产出控制阀、产出流体流量计和产出压力传感器，其中，
流体容器罐、注入流体流量计、注入控制阀与注入通道通过管线依次连接，流体容器罐内储存有向待测岩心注入的流体，注入流体流量计用于监测注入流体的流量，注入控制阀用于控制管线的开闭；
注入泵能够将流体容器罐内的流体泵入岩心夹持器；
注入压力传感器设置在注入控制阀与注入通道连接的管线上，并被配置为能够监测注入流体的压力；
产出通道、产出控制阀与产出流体流量计通过管线依次连接，产出控制阀用于控制管线的开闭，产出流体流量计用于监测产出流体的流量；
产出压力传感器设置在产出控制阀与产出流体流量计连接的管线上，并被配置为能够监测产出流体的压力；
所述第一堵头组件包括第一封盖、调节堵头、调节套筒和第一调节套筒，其中，
调节堵头一端与所述承压筒的第一开口端密封连接，另一端与第一封盖密封连接；
第一定位套筒一端与注入堵头连接，另一端与调节套筒连接；
第一定位套筒与调节套筒设置在调节堵头和第一封盖中，并能够相互配合调节并固定所述注入堵头的轴向位置；
所述第一堵头组件包括设置在内部的活塞，驱动活塞向注入堵头施加轴向压力，以对待测岩心形成轴向压力，其中，活塞上具有供注入管线通过的通道。
2.根据权利要求1所述的全直径页岩径向渗透能力的测试装置，其特征在于，所述调节套筒和所述调节堵头之间能够形成沿所述第一开口至所述第二开口分布且相互隔离的第一腔体和第二腔体，所述调节堵头上还设置有将第一腔体与外界连通的泵注通道，泵注通道与轴向加压泵通过管线连接，注入轴向加压液后推动调节套筒与第一定位套筒向注入堵头施加轴向压力，以对待测岩心形成轴向压力，其中，在泵注通道封堵的情况下，第一腔体密封。
3.根据权利要求1所述的全直径页岩径向渗透能力的测试装置，其特征在于，所述第二堵头组件包括固定堵头、第二封盖以及设置在固定堵头内部的第二定位套筒，其中，
固定堵头与所述第二开口固定连接；
第二封盖能够将固定堵头和第二定位套筒与所述承压筒的第二开口端固定连接，其中，固定堵头与承压筒密封连接。
4.根据权利要求1所述的全直径页岩径向渗透能力的测试装置，其特征在于，所述产出通道、产出控制阀、产出流体流量计和产出压力传感器分别至少包括一个子产出通道、子产出控制阀、子产出流体流量计和子产出压力传感器，子产出通道、子产出控制阀、子产出流体流量计和子产出压力传感器一一对应，且与所述至少一个汇流组件一一对应。
5.一种全直径页岩径向渗透能力的测试方法，采用如权利要求1至4任意一项所述的测试装置，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：
将圆柱体状的待测岩心烘干，在待测岩心上钻同轴的孔道，然后放入测试装置中，具有孔道的一端朝向注入堵头，用于测试的流体通入孔道内；
通过对活塞进行增压，实现对待测岩心的轴向加压；
打开围压泵，向围压腔体内注入围压液对胶套加压，实现对待测岩心的围压加压；
启动注入泵，将流体容器罐中的流体泵入夹持器中，通过注入流体流量计、注入压力传感器、产出流体流量计和产出压力传感器，对注入和产出流体的流量和压力进行监测；
当注入流体和产出流体的流量和压力都稳定0.8～1.5h后，进行渗透率测试，渗透率，其中，h为孔道的深度，P1为注入流体的压力，P2为产出流体的压力，r1为孔道的半径，r2为待测岩心的半径，Q为产出流体的流量，μ为流体黏度。
6.根据权利要求5所述的全直径页岩径向渗透能力的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括步骤：
通过单独对至少一个子产出通道的注入和产出流体压力进行监测，从而对待测岩心不同径向方位上的渗透能力的各向异性进行测试，渗透率的各项异性通过渗透率的矩阵形式表达。
7.根据权利要求6所述的全直径页岩径向渗透能力的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括步骤：
使用不同长度的金属管线，依次在孔道内不同径向截面处进行各项异性测量，重复渗透率测试和渗透率的各向异性测试，将测量结果进行对比，评价页岩岩心的非均质性。
8.根据权利要求5所述的全直径页岩径向渗透能力的测试方法，其特征在于，在钻孔道之前还包括步骤：扫描内部孔隙及天然裂缝在径向方位上的体积占比；
在待测岩心不同径向方位上的渗透率测试后，根据不同径向方位上的孔隙及天然裂缝的体积占比与渗透率进行对比修正，确定两者之间的相关性。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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