CN113758851B - 致密岩心eur测定实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气勘测技术领域，具体涉及一种致密岩心EUR测定实验方法。该最终可采储量评估方法包括：通过致密岩心气体渗流实验装置获取气渗流量变化实验曲线；将预设连通孔隙度应用于自扩散渗流理论模型得到气渗流量变化模拟曲线；将气渗流量变化实验曲线与在不同的预设连通孔隙度下得到的气渗流量变化模拟曲线对比，并将与气渗流量变化实验曲线最接近的气渗流量变化模拟曲线对应的预设连通孔隙度认定为致密岩心的真实连通孔隙度；根据真实连通孔隙度获得最终可采储量。通过该致密岩心EUR测定实验方法，能够反演连通孔隙度并计算得到最终可采储量。

Description

致密岩心EUR测定实验方法

技术领域

本发明属于油气勘测技术领域，具体地，涉及一种致密岩心EUR测定实验方法。

背景技术

现有的致密气渗流模型虽考虑了致密气流动过程中的一些独特现象，如低速非Darcy和滑脱效应等，但仍然只是对Darcy公式进行修改。这些修正因素对产量的影响并不大，尤其是在深部致密气层，孔隙压力较高、地层孔渗很低的情况下。根据现场生产数据，致密气井的产量低于常规气井，但是仍然远大于基于Darcy流渗模型计算的产量。Jin和Chen从可压缩流体的N-S方程出发，基于Klainerman和Majda的小马赫数流动理论得到了自扩散渗流模型。上述的自扩散渗流模型反映了致密气藏一次开采完全是由气体的膨胀性驱动的物理本质，其扩散系数与连通孔隙度和气体黏度成正比，与气体密度成反比。目前暂未有现有技术通过上述的自扩散渗流模型得到连通孔隙度，并通过连通孔隙度评估最终可采储量(Estimated Ultimate Recovery，简称EUR)。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种致密岩心EUR测定实验方法，能够反演连通孔隙度并计算得到最终可采储量。

为实现上述目的，本发明提供了一种致密岩心EUR测定实验方法，该测定实验方法包括：

通过致密岩心气体渗流实验装置获取气渗流量变化实验曲线；

将预设连通孔隙度应用于自扩散渗流理论模型得到气渗流量变化模拟曲线；

将气渗流量变化实验曲线与在不同的预设连通孔隙度下得到的气渗流量变化模拟曲线对比，并将与气渗流量变化实验曲线最接近的气渗流量变化模拟曲线对应的预设连通孔隙度认定为致密岩心的真实连通孔隙度；

根据真实连通孔隙度获得最终可采储量。

可选地，致密岩心气体渗流实验装置包括：

岩心夹持器，内设有用于密封致密岩心的岩心密封腔以及环绕岩心密封腔的周向的围压腔，岩心夹持器的轴向两端分别设有连通岩心密封腔的气体入口通道以及气体出口通道；

围压源装置，与围压腔连通；

供气装置，与气体入口通道相连；

泄压装置，设置于气体出口通道上；

流量计，与泄压装置相连并能够检测从泄压装置渗出的气体流量；

出口阀门，设置于气体出口通道上且位于泄压装置与岩心夹持器之间；以及

入口阀门，设置于气体入口通道上且位于供气装置与岩心夹持器之间。

可选地，泄压装置包括回压阀以及稳压泵，流量计与稳压泵均与回压阀相连。

可选地，通过致密岩心气体渗流实验装置获取气渗流量变化实验曲线包括：

将致密岩心放入至岩心密封腔内；

在出口阀门的关闭状态下，向气体出口通道注入气体并使得气体出口通道的出口气压为回压阀的回压值；

利用围压源装置给围压腔注入流体以为致密岩心施加围压；

在入口阀门的开启状态下，使得供气装置向岩心密封腔内注入气体；

待气体入口通道的入口气压稳定后关闭入口阀门；

打开出口阀门后通过流量计获取气渗流量实验数据；

其中，入口气压大于回压阀的回压值，围压大于入口气压。

可选地，在向气体出口通道注入气体并使得气体出口通道的出口气压为回压阀的回压值的步骤中包括：

在向气体出口通道注入气体的过程中，使得出口气压高于回压阀的回压值；

当流量计检测的气体流量值为0时，确定出口气压等于回压阀的回压值。

可选地，气渗流量变化实验曲线中的数据为气渗流量实验数据与气体总量的比值，气渗流量变化模拟曲线中的数据为气渗流量模拟数据与气体总量的比值；其中，在入口气压确定的条件下能够获得气体总量。

可选地，气渗流量实验数据与气渗流量模拟数据均为瞬时流量数据。

可选地，围压超出入口气压2～5MPa。

可选地，将预设连通孔隙度应用于自扩散渗流理论模型得到气渗流量变化模拟曲线的步骤中，自扩散渗流理论模型符合公式：

式中，ρ—流体密度，kg/m3；D_jc—气体自扩散系数，m2/s；φ—连通孔隙度；μ_b—流体体积粘度，Pa·s；μ—流体剪切粘度，Pa·s。

可选地，根据真实连通孔隙度获得最终可采储量的步骤中，最终可采储量符合公式：

式中，φ_t—总孔隙度；φ—连通孔隙度；p_i—初始压力，Pa；p_e—出口压力，Pa。

在本发明公开的方法中，将不同的预设连通孔隙度带入自扩散渗流理论模型后能够得到不同的气渗流量变化模拟曲线，通过致密岩心气体渗流实验装置能够获取气渗流量变化实验曲线，在多个气渗流量变化模拟曲线中选出与气渗流量变化实验曲线最接近的气渗流量变化模拟曲线，与气渗流量变化实验曲线最接近的气渗流量变化模拟曲线所对应的预设连通孔隙度即为真实连通孔隙度，根据真实连通孔隙度即可评估最终可采储量。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的致密岩心EUR测定实验方法的流程图；

图2是本发明一种实施方式提供的致密岩心气体渗流实验装置的示意图；

图3是本发明实施方式中的致密岩心气体渗流实验的流程图；

图4是1号致密岩心的气渗流量变化实验曲线与气渗流量变化模拟曲线的对比结果图；

图5是2号致密岩心的气渗流量变化实验曲线与气渗流量变化模拟曲线的对比结果图；

图6是3号致密岩心的气渗流量变化实验曲线与气渗流量变化模拟曲线的对比结果图。

附图标记说明：100、岩心夹持器；101、岩心密封腔；102、气体入口通道；103、气体出口通道；104、围压腔；200、围压源装置；300、泄压装置；301、稳压泵；302、回压阀；400、流量计；500、供气装置；600、出口阀门；700、入口阀门；800、压力监测装置

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明实施例中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本发明。

图1是本发明一种实施方式提供的致密岩心EUR测定实验方法的流程图。如图1所示，本发明的示例性实施例中提供了一种致密岩心EUR测定实验方法，该测定实验方法包括以下步骤：

步骤S11：通过致密岩心气体渗流实验装置获取气渗流量变化实验曲线；

步骤S12：将预设连通孔隙度应用于自扩散渗流理论模型得到气渗流量变化模拟曲线；

步骤S13：将气渗流量变化实验曲线与在不同的预设连通孔隙度下得到的气渗流量变化模拟曲线对比，并将与气渗流量变化实验曲线最接近的气渗流量变化模拟曲线对应的预设连通孔隙度认定为致密岩心的真实连通孔隙度；

步骤S14：根据真实连通孔隙度获得最终可采储量。

具体地，将不同的预设连通孔隙度带入自扩散渗流理论模型后能够得到不同的气渗流量变化模拟曲线，通过致密岩心气体渗流实验装置能够获取气渗流量变化实验曲线，在多个气渗流量变化模拟曲线中选出与气渗流量变化实验曲线最接近的气渗流量变化模拟曲线，与气渗流量变化实验曲线最接近的气渗流量变化模拟曲线所对应的预设连通孔隙度即为真实连通孔隙度，根据真实连通孔隙度即可评估最终可采储量。

在发明的实施例中，在将预设连通孔隙度应用于自扩散渗流理论模型得到气渗流量变化模拟曲线的步骤中，自扩散渗流理论模型符合公式：

在式(1)和(2)中，ρ—流体密度，kg/m3；D_jc—气体自扩散系数，m2/s；φ—连通孔隙度；μ_b—流体体积粘度，Pa·s；μ—流体剪切粘度，Pa·s。其中，流体密度、流体体积粘度以及流体剪切粘度都能够预先获得。

具体地，通过致密岩心气体渗流实验装置获取的是流量实验数据，因此需要对式(1)进行转换以得到流量模拟数据，如此才能将二者对比。首先通过气体的状态方程将气压和气体密度联系起来：

将式(4)代入到式(1)中能够得到：

式(5)中，M为气体摩尔质量，Z为气体体积偏差因子，R为气体热力学常数，T为温度。

使用有限元方法对式(5)进行数值求解，其数值求解格式为：

其中，

N为数值求解形函数，p为节点压力向量。

使用式(6)进行数值模拟时，计算的初始条件可以写作：

p＝p₁ (9)

入口边界条件为：

出口边界条件为：

p＝p₂ (11)

需要说明的是，为了将致密岩心气体渗流实验和自扩散渗流理论模型相联系，p₁以及p₂为致密岩心气体渗流实验过程中的条件气压参数，能够在实验过程中测量。

采用有限元方法对式(6)～(11)进行求解，可以得到不同时刻的压力值，从而可以采用下式进行求得任意时刻ti的气体流量：

其中，V_L单位摩尔气体的体积，

为ti时刻的压力，

为ti-1时刻的压力。因此，通过上述的转换即可得到气渗流量模拟数据。

通过将不同的预设连通孔隙度应用于式(2)得到不同的气体自扩散系数，将不同的气体自扩散系数应用于式(1)得到不同的气渗流量变化模拟曲线后与气渗流量变化实验曲线进行对比，最优匹配结果对应的预设连通孔隙度即为致密岩心的真实连通孔隙度。

在本发明的实施例中，在步骤S14中，最终可采储量符合公式：

式中，φ_t—总孔隙度；φ—连通孔隙度；p_i—初始压力，Pa；p_e—出口压力，Pa。

具体地，总孔隙度可以通过现有的岩心孔隙度测量方法测得，例如，通过声波测井方法、饱和液体称重法或基于Boyle定理的气体压缩膨胀法等测量致密岩心的总孔隙度。连通孔隙度即为通过气渗流量变化实验曲线与气渗流量变化模拟曲线对比确定的真实连通孔隙度。初始压力p_i以及出口压力p_e为致密岩心气体渗流实验过程中的条件气压参数，能够在实验过程中测量。在确定了真实连通孔隙度后，通过式(3)即可求得最终可采储量。

如图2所示，图2是本发明一种实施方式提供的致密岩心气体渗流实验装置的示意图。在本发明的实施例中，致密岩心气体渗流实验装置包括岩心夹持器100、围压源装置200、供气装置500、泄压装置300、流量计400、出口阀门600以及入口阀门700。岩心夹持器100内设有用于密封致密岩心的岩心密封腔101以及环绕岩心密封腔101的周向的围压腔104，岩心夹持器100的轴向两端分别设有连通岩心密封腔101的气体入口通道102以及气体出口通道103。围压源装置200与围压腔104连通，供气装置500与气体入口通道102相连，泄压装置300设置于气体出口通道103上，流量计400与泄压装置300相连并能够检测从泄压装置300渗出的气体流量，出口阀门600设置于气体出口通道103上且位于泄压装置300与岩心夹持器100之间，入口阀门700设置于气体入口通道102上且位于供气装置500与岩心夹持器100之间。

具体地，岩心夹持器100内的岩心密封腔101能够放入并密封待实验的致密岩心，围压源装置200连通环绕岩心密封腔101布置的围压腔104，因此，围压源装置200能够给放置于岩心密封腔101内的致密岩心施加径向围压。供气装置500通过气体入口通道102给岩心密封腔101内注入气体。当气体出口通道103内的气压超过泄压装置300设定的稳压值时，泄压装置300自动泄气以使得气体出口通道103内的气压保持稳定。与泄压装置300相连的流量计400能够检测从泄压装置300渗出的气体流量。入口阀门700能够控制供气装置500与岩心密封腔101的通断，出口阀门600能够控制泄压装置300与岩心密封腔101的通断。可以理解，在本实施例中，供气装置500可以是高压储气瓶或者连接有高压气体储罐的管路等，泄压装置300可以是泄压阀或安全阀等，围压源装置200可以是充气泵或者水泵等。

进一步地，泄压装置300包括回压阀302以及稳压泵301，流量计400与稳压泵301均与回压阀302相连。

在本实施例中，流量计400通过回压阀302与气体出口通道103相连，稳压泵301也通过回压阀302与气体出口通道103相连，稳压泵301使得回压阀302的回压值保持稳定，因此，通过稳压泵301和回压阀302的组合能够使得气体出口通道的气压值稳定在回压阀302的回压值。

在图示实施例中，致密岩心气体渗流实验装置还包括压力监测装置800，该压力监测装置800设置在回压阀302和出口阀门600之间的气体出口通道103上以及入口阀门700和岩心夹持器100之间的气体入口通道102上，压力监测装置800可以是压力表或者压力传感器等。

如图3所示，进一步地，通过致密岩心气体渗流实验装置获取气渗流量变化实验曲线包括以下步骤：

步骤S111：将致密岩心放入至岩心密封腔101内；

步骤S112：在出口阀门600的关闭状态下，向气体出口通道103注入气体并使得气体出口通道103的出口气压为回压阀302的回压值；

步骤S113：利用围压源装置200给围压腔104注入流体以为致密岩心施加围压；

步骤S114：在入口阀门700的开启状态下，使得供气装置500向岩心密封腔101内注入气体；

步骤S115：待气体入口通道102的入口气压稳定后关闭入口阀门700；

步骤S116：打开出口阀门600后通过流量计400获取气渗流量实验数据；

其中，入口气压大于回压阀302的回压值，围压大于入口气压。

具体地，首先，先将致密岩心密封于岩心密封腔101内，然后关闭出口阀门600，使得岩心密封腔101与气体出口通道103隔断，接着，向气体出口通道103注入气体并使得气体出口通道103的气压保持为回压阀302的回压值。接着，开启围压源装置200向围压腔104内注入流体，如此在致密岩心的周向施加围压。接着，开启入口阀门700，使得供气装置500和岩心密封腔101连通，开启供气装置500向岩心密封腔101内注入气体，待入口气压稳定后关闭入口阀门700，此时，从气体入口通道102注入的气体充满致密岩心的孔隙。接着，打开出口阀门600，从致密岩心渗出的气体进入气体出口通道103，使得气体出口通道103的出口气压上升并大于回压阀302的回压值，导致气体从回压阀302中渗出，换言之，从回压阀302中渗出的气体即为从致密岩心渗出的气体，通过流量计400即可获取气渗流量变化实验数据。

需要说明的是，入口气压大于回压阀302的回压值，如此才能保证气体从气体入口通道102向气体出口通道103流动。围压大于入口气压，如此才能保证岩心密封腔101能够密封致密岩心。在本发明的实施例中，围压超出入口气压2～5Mpa。

进一步地，在向气体出口通道103注入气体并使得气体出口通道103的出口气压为回压阀302的回压值的步骤中包括：

在向气体出口通道103注入气体的过程中，使得出口气压高于回压阀302的回压值；

当流量计400测量的气体流量值为0时，确定出口气压等于回压阀302的回压值。

具体地，在向气体出口通道103注入气体的过程中，使得出口气压高于回压阀302的回压值，如此，气体会从回压阀302中渗出直至流量计400检测到的气体流量值为0时，确定气体出口通道103内的出口气压等于回压阀302的回压值，如此，避免产生较大误差。

需要说明的是，为了将致密岩心气体渗流实验和自扩散渗流理论模型相联系，式(9)中的p₁为入口气压，式(11)中的p₂为回压阀的回压值。式(3)中的p_i为入口气压，p_e为回压阀的回压值。

在本发明的实施例中，气渗流量变化实验曲线中的数据为气渗流量实验数据与气体总量的比值，气渗流量变化模拟曲线中的数据为气渗流量模拟数据与气体总量的比值；其中，在入口气压确定的条件下能够获得气体总量。

具体地，假设回压阀的回压值一定，不同的入口气压条件下，注入岩心夹持器100内的气体总量是不同的，因此气渗流量也是不同，避免在不同条件下出现气渗流量相差较大的情况，气渗流量变化实验曲线以及气渗流量变化模拟曲线中的数据均为气渗流量数据与气体总量的比值，便于对比分析气渗流量变化实验曲线以及气渗流量变化模拟曲线。

进一步地，气渗流量实验数据与气渗流量模拟数据均为瞬时流量数据。换言之，气渗流量实验数据与气渗流量模拟数据为某一时刻的流量数据。需要说明的是，气渗流量实验数据和气渗流量模拟数据可以是体积流量数据或者质量流量数据，气体流量实验数据可以通过具有测量瞬时体积流量功能或瞬时质量流量功能的流量计400获取，气渗流量模拟数据可以通过式(12)获取瞬时体积流量，当然也可将获取的体积瞬时流量转换为瞬时质量流量。相应地，气体总量可以为气体总质量或气体总体积，在入口气压确定的条件下，即可确认气体总质量或气体总体积。

图4～6中为3个不同的致密岩心的气渗流量变化实验曲线与气渗流量变化模拟曲线的对比结果，其中，气渗流量变化模拟曲线包括分别通过自扩散渗流理论模型以及Darcy模型获得的两条曲线。相较于现有的Darcy模型，通过自扩散渗流理论模型得到气渗流量变化模拟曲线与气渗流量变化实验曲线吻合度较高。

岩心编号	总孔隙度	气体粘度	初始压力	出口压力
					#1	8.65	0.0174mPa·s	1.15	0.1
#2	8.1	0.0174mPa·s	4.9	2.0
					#3	8.2	0.0174mPa·s	8.6	6.0

表1致密岩心气体渗流实验相关数据

通过Darcy模型获得的气渗流量变化模拟曲线与气渗流量变化实验曲线相差较大，1～3号致密岩心通过自扩散渗流理论模型获得的与气渗流量变化实验曲线最接近的气渗流量变化模拟曲线所对应的连通孔隙度分别为5.6％、5.5％以及5.5％，通过式(3)计算得到的EUR分别为59.11％、40.19％、20.28％。

需要说明的是，由于连通孔隙度比总孔隙度小，所以在确定总孔隙度后即可确定连通孔隙度的范围，另外，在图4～6中的纵坐标为mt/ML，其中mt为t时刻的瞬时质量流量，ML为气体总质量。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种致密岩心EUR测定实验方法，其特征在于，所述最终可采储量评估方法包括：

通过致密岩心气体渗流实验装置获取气渗流量变化实验曲线；

将预设连通孔隙度应用于自扩散渗流理论模型得到气渗流量变化模拟曲线；

将所述气渗流量变化实验曲线与在不同的所述预设连通孔隙度下得到的所述气渗流量变化模拟曲线对比，并将与所述气渗流量变化实验曲线最接近的所述气渗流量变化模拟曲线对应的所述预设连通孔隙度认定为致密岩心的真实连通孔隙度；

根据所述真实连通孔隙度获得最终可采储量；

所述致密岩心气体渗流实验装置包括：

岩心夹持器，内设有用于密封所述致密岩心的岩心密封腔以及环绕所述岩心密封腔的周向的围压腔，所述岩心夹持器的轴向两端分别设有连通所述岩心密封腔的气体入口通道以及气体出口通道；

围压源装置，与所述围压腔连通；

供气装置，与所述气体入口通道相连；

泄压装置，设置于所述气体出口通道上；

流量计，与所述泄压装置相连并能够检测从所述泄压装置渗出的气体流量；

出口阀门，设置于所述气体出口通道上且位于所述泄压装置与所述岩心夹持器之间；以及

入口阀门，设置于所述气体入口通道上且位于所述供气装置与所述岩心夹持器之间；

所述泄压装置包括回压阀以及稳压泵，所述流量计与所述稳压泵均与所述回压阀相连；

通过致密岩心气体渗流实验装置获取气渗流量变化实验曲线包括：

将所述致密岩心放入至所述岩心密封腔内；

在所述出口阀门的关闭状态下，向所述气体出口通道注入气体并使得所述气体出口通道的出口气压为所述回压阀的回压值；

利用所述围压源装置给所述围压腔注入流体以为所述致密岩心施加围压；

在所述入口阀门的开启状态下，使得所述供气装置向所述岩心密封腔内注入气体；

待所述气体入口通道的入口气压稳定后关闭所述入口阀门；

打开所述出口阀门后通过所述流量计获取气渗流量实验数据；

其中，所述入口气压大于所述回压阀的回压值，所述围压大于所述入口气压。

2.根据权利要求1所述的致密岩心EUR测定实验方法，其特征在于，在向所述气体出口通道注入气体并使得所述气体出口通道的出口气压为所述回压阀的回压值的步骤中包括：

在向所述气体出口通道注入气体的过程中，使得所述出口气压高于所述回压阀的回压值；

当所述流量计检测的气体流量值为0时，确定所述出口气压等于所述回压阀的回压值。

3.根据权利要求1所述的致密岩心EUR测定实验方法，其特征在于，所述气渗流量变化实验曲线中的数据为所述气渗流量实验数据与气体总量的比值，所述气渗流量变化模拟曲线中的数据为气渗流量模拟数据与所述气体总量的比值；其中，在所述入口气压确定的条件下能够获得所述气体总量。

4.根据权利要求3所述的致密岩心EUR测定实验方法，其特征在于，所述气渗流量实验数据与所述气渗流量模拟数据均为瞬时流量数据。

5.根据权利要求1所述的致密岩心EUR测定实验方法，其特征在于，所述围压超出所述入口气压2～5MPa。

6.根据权利要求1所述的致密岩心EUR测定实验方法，其特征在于，将预设连通孔隙度应用于自扩散渗流理论模型得到气渗流量变化模拟曲线的步骤中，所述自扩散渗流理论模型符合公式：

式中，ρ—流体密度，kg/m3；D_jc—气体自扩散系数，m2/s；φ—连通孔隙度；μ_b—流体体积粘度，Pa·s；μ—流体剪切粘度，Pa·s。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的致密岩心EUR测定实验方法，其特征在于，根据所述真实连通孔隙度获得最终可采储量的步骤中，所述最终可采储量符合公式：

式中，φ_t—总孔隙度；φ—连通孔隙度；p_i—初始压力，Pa；p_e—出口压力，Pa。

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