CN114720340B - 岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法及装置 - Google Patents

岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法及装置，其中该装置包括：ISCO泵、两个高压气源、两个中间容器，五个压力传感器、岩心夹持器、四个阀门和计算装置；岩心夹持器夹持岩心；ISCO泵为岩心夹持器提供围压；中间容器盛放地层水；第一高压气源和第二高压气源盛放高压气体，通过阀门的打开和关闭，调节中间容器的流压、岩心夹持器两端的压差；计算装置根据岩心夹持器两端压力确定压差，根据压差确定不同流压下压差递减指数，根据不同流压下压差递减指数计算岩心不同流压下液测渗透率，基于岩心不同流压下液测渗透率绘制岩心液测渗透率与有效应力曲线。本发明硬件要求低，降低测试成本低，测量精度高。

Description

岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法及装置
技术领域
本发明涉及岩心实验分析技术领域，尤其涉及岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
随着气藏开发进行，油气藏压力越来越低，有效应力越来越大，储层孔隙被压缩，渗透率降低，表现出渗透率应力敏感的特征，储层渗透率应力敏感是油气藏开发与产能评价需要考虑的一个重要因素。目前，多采用变围压，测量特定流压下岩心流量来测定岩心渗透率应力敏感，这类测试方法存在一个明显缺陷，测试流压相对较低，且压力变化过程与储层条件不一致。
另外一种方法是定围压、变流压来对岩心渗透率应力敏感进行测试，其中变流压通过出口加价格昂贵的回压阀实现；另外，回压阀膜片变形存在一定的滞后性，提供的回压波动范围大，小压差实验时难以满足精度要求，现有的变流压、定围压应力敏感实验存在一定的局限性。
发明内容
本发明实施例提供一种岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试装置，该装置包括：ISCO泵、两个高压气源、两个中间容器，两个压力传感器、岩心夹持器、四个阀门和计算装置，其中，ISCO泵通过第五阀门、第三压力传感器与岩心夹持器连接，第一高压气源、第一阀门、第一中间容器、第二阀门、第一压力传感器、岩心夹持器、第二压力传感器、第三阀门、第二中间容器、第四阀门、第二高压气源依次连接；第四压力传感器位于第一高压气源和第一中间容器之间，第五压力传感器位于第二高压气源和第二中间容器之间；
所述岩心加持器用于：加持岩心；
所述ISCO泵用于：通过打开第五阀门为岩心夹持器提供围压，通过第三压力传感器测量围压；
所述中间容器用于：盛放地层水；
所述第一高压气源和第二高压气源用于：盛放高压气体，通过第一阀门和第四阀门的打开和关闭，调节中间容器的流压达到不同测试点下的预设流压；通过第四压力传感器和第五压力传感器测量通入高压气体的压力；
通过第二阀门和第三阀门的打开关闭，调节岩心夹持器两端的压差达到预设阈值；
第一压力传感器和第二压力传感器用于：记录岩心夹持器两端压力；
所述计算装置用于：根据岩心夹持器两端压力确定岩心夹持器两端的压差，根据岩心夹持器两端的压差确定不同流压下岩心夹持器两端压差随时间递减曲线，并采用指数函数进行拟合，获取不同流压下压差递减指数，根据不同流压下压差递减指数计算岩心不同流压下液测渗透率，基于岩心不同流压下液测渗透率绘制岩心液测渗透率与有效应力曲线。
本发明实施例还提供一种岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法，该方法包括：
确定实验围压值和不同测试点下的预设流压值；
将饱和好地层水的岩心放入岩心夹持器；
利用ISCO通过打开第五阀门给岩心夹持器加围压至实验围压值，通过第三压力传感器测量围压；
通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门的打开和关闭，通过第一高压气源和第二高压气源调节第一中间容器、第二中间容器的流压达到不同测试点下的预设流压值，岩心夹持器两端的压差达到预设阈值；通过第四压力传感器和第五压力传感器测量通入高压气体的压力；
利用第一压力传感器和第二压力传感器记录岩心夹持器两端压力；
计算装置根据岩心夹持器两端压力确定岩心夹持器两端的压差，根据岩心夹持器两端的压差确定不同流压下岩心夹持器两端压差随时间递减曲线，并采用指数函数进行拟合，获取不同流压下压差递减指数，根据不同流压下压差递减指数计算岩心不同流压下液测渗透率，基于岩心不同流压下液测渗透率绘制岩心液测渗透率与有效应力曲线；
其中，ISCO泵通过第五阀门、第三压力传感器与岩心夹持器连接，第一高压气源、第一阀门、第一中间容器、第二阀门、第一压力传感器、岩心夹持器、第二压力传感器、第三阀门、第二中间容器、第四阀门、第二高压气源依次连接；第四压力传感器位于第一高压气源和第一中间容器之间，第五压力传感器位于第二高压气源和第二中间容器之间。
本发明实施例中，本装置包括高压气源、ISCO泵、中间容器，压力传感器、岩心夹持器、阀门和计算装置组成；ISCO泵主要用于给岩心夹持器加围压；高压气源用于调节中间容器流压；岩心加持器主要用于加持岩心；中间容器用来盛装地层水；压力传感器主要用来监测岩心两端压力；阀门主要用于控制岩心夹持器与中间容器之间流体流动；计算装置主要用于记录压力，计算岩心不同流压下液测渗透率，绘制岩心液测渗透率与有效应力曲线；与现有技术中变流压通过出口加价格昂贵的回压阀实现；回压阀膜片变形存在一定的滞后性，提供的回压波动范围大，小压差实验时难以满足精度要求，现有的变流压、定围压应力敏感实验存在一定的局限性的技术方案相比，只需压力传感器，中间容器等简单设备，无需高精度、价格昂贵的回压阀和流量计，硬件要求低，降低测试成本低；实验只需进行压力测量，无需流量测量，测量精度高，且有效克服电子原件遇水易损坏的问题；实现了储层高压下岩心液测渗透率应力敏感测试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试装置结构示意图；
图2为本发明实施例中围压50MPa，流压30MPa时压差递减拟合曲线示意图；
图3为本发明实施例中围压50MPa，流压25MPa时压差递减拟合曲线示意图；
图4为本发明实施例中围压50MPa，流压20MPa时压差递减拟合曲线示意图；
图5为本发明实施例中围压50MPa，流压15MPa时压差递减拟合曲线示意图；
图6为本发明实施例中围压50MPa，流压10MPa时压差递减拟合曲线示意图；
图7为本发明实施例中岩心液测渗透与有效应力关系曲线(围压50MPa)示意图；
图8为本发明实施例中岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1为本发明实施例中岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试装置结构示意图，如图1所示，该装置包括：ISCO泵1、两个高压气源2、两个中间容器3，五个压力传感器4、岩心夹持器5、五个阀门6和计算装置7，其中，ISCO泵通过第五阀门、第三压力传感器与岩心夹持器连接，第一高压气源、第一阀门、第一中间容器、第二阀门、第一压力传感器、岩心夹持器、第二压力传感器、第三阀门、第二中间容器、第四阀门、第二高压气源依次连接(图1所示的从左到右)；第四压力传感器位于第一高压气源和第一中间容器之间，第五压力传感器位于第二高压气源和第二中间容器之间；
所述岩心加持器用于：加持岩心；根据岩心尺寸，可以分为直径2.5cm岩心加持器、直径3.8cm岩心加持器。
所述ISCO泵用于：通过打开第五阀门为岩心夹持器提供围压，通过第三压力传感器测量围压；
所述中间容器用于：盛放地层水；中间容器的容积可以是200mL、500mL或1000mL，具体根据岩心孔隙体积确定，一般为岩心孔隙体积50倍以上。
所述第一高压气源和第二高压气源用于：盛放高压气体，通过第一阀门和第四阀门的打开和关闭，调节中间容器的流压达到不同测试点下的预设流压；通过第四压力传感器和第五压力传感器测量通入高压气体的压力；
通过第二阀门和第三阀门的打开关闭，调节岩心夹持器两端的压差达到预设阈值；
第一压力传感器和第二压力传感器用于：记录岩心夹持器两端压力；
所述计算装置用于：根据岩心夹持器两端压力确定岩心夹持器两端的压差，根据岩心夹持器两端的压差确定不同流压下岩心夹持器两端压差随时间递减曲线，并采用指数函数进行拟合，获取不同流压下压差递减指数，根据不同流压下压差递减指数计算岩心不同流压下液测渗透率，基于岩心不同流压下液测渗透率绘制岩心液测渗透率与有效应力曲线。
在本发明实施例中，如图1所示，该装置还可以包括：恒温箱8，用于营造恒定的高温环境，所述两个压力传感器、岩心夹持器和两个中间容器放置恒温箱中。
在本发明实施例中，所述中间容器带有活塞，中间容器内在活塞上下两个部分分别装有地层水和气体；
通过高压气源内的高压气体推动中间容器活塞下的气体，进而推动中间容器活塞上的地层水进入岩心加持器加持的岩心。
按照实验设计要求，实验步骤如图8所示：
S1：确定实验围压值和不同测试点下的预设流压值。根据液测渗透率应力敏感测试要求，确定实验围压Pc值和预设流压值(变流压)P1，…，Pn，其中n为测试流压压力点数。
S2：将饱和好地层水的岩心放入岩心夹持器；第一中间容器和第二中间容器注入一半体积的地层水，并根据装置图连接好装置，并打开所有阀门(第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门)。当还包括第五阀门时，第五阀门也打开。
S3：利用ISCO通过打开第五阀门给岩心夹持器加围压至实验围压值Pc；当还包括第三压力传感器时，压力由第三压力传感器监测，然后关闭第五阀门。
S4：通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门的打开和关闭，通过第一高压气源和第二高压气源调节第一中间容器、第二中间容器的流压达到不同测试点下的预设流压值，岩心夹持器两端的压差达到预设阈值。通过第四压力传感器和第五压力传感器测量通入高压气体的压力；
具体的，S41：打开第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，利用第一高压气源和第二高压气源调节第一中间容器、第二中间容器的流压增压至不同测试点下的预设流压值P1，…，Pn，第一个测压点增压至P1，到第二个测压点时增压至P2，后面依次。然后关闭第三阀门和第四阀门；
S42：利用第一高压气源给第一中间容器增压预设标准大气压(比如增压5atm，即5个标准大气压)，关闭第一阀门；
S43：打开第三阀门，让岩心夹持器两端的压差达到预设阈值。就是让岩心夹持器两端压力平衡，直至岩心夹持器两端压差降到比如1atm(标准大气压)，这一过程记为压力平衡过程。实验结束。
S5：利用第一压力传感器和第二压力传感器记录不同测压点下的岩心夹持器两端压力；
S6：计算装置根据岩心夹持器两端压力确定岩心夹持器两端的压差，根据岩心夹持器两端的压差确定不同流压下岩心夹持器两端压差随时间递减曲线，并采用指数函数进行拟合(图2～图6)，获取不同流压下压差递减指数α，根据不同流压下压差递减指数α计算岩心不同流压(有效应力)下液测渗透率，基于岩心不同流压下液测渗透率绘制岩心液测渗透率与有效应力曲线(图7)，完成储层高压下岩心液测渗透率应力敏感测试。
按照如下公式根据不同流压下压差递减指数计算岩心不同流压下液测渗透率：
其中：i为测压点序号，i＝1，…，n；αi表示流压Pi时两端压差递减指数1/S；μwi表示流压Pi时水的粘度，mPa.s；Pi表示第i测压点的压力；V表示中间容器容积，mL；Cgi表示流压Pi时高纯氮气的压缩系数，1/MPa；Cwi表示流压Pi时地层水的压缩系数，1/MPa；L表示岩心长度；Ki表示流压Pi时岩心液测渗透率，mD；A表示岩心横截面积，cm2。
本发明实施例中，本装置包括高压气源、ISCO泵、中间容器，压力传感器、岩心夹持器、阀门和计算装置组成；ISCO泵主要用于给岩心夹持器加围压；高压气源用于调节中间容器流压；岩心加持器主要用于加持岩心；中间容器用来盛装地层水；压力传感器主要用来监测岩心两端压力；阀门主要用于控制岩心夹持器与中间容器之间流体流动；计算装置主要用于记录压力，计算岩心不同流压下液测渗透率，绘制岩心液测渗透率与有效应力曲线；与现有技术中变流压通过出口加价格昂贵的回压阀实现；回压阀膜片变形存在一定的滞后性，提供的回压波动范围大，小压差实验时难以满足精度要求，现有的变流压、定围压应力敏感实验存在一定的局限性的技术方案相比，只需压力传感器，中间容器等简单设备，无需高精度、价格昂贵的回压阀和流量计，硬件要求低，降低测试成本低；实验只需进行压力测量，无需流量测量，测量精度高，且有效克服电子原件遇水易损坏的问题；实现了储层高压下岩心液测渗透率应力敏感测试。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法，其特征在于，采用了岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试装置，该岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试装置包括：ISCO泵、两个高压气源、两个中间容器，五个压力传感器、岩心夹持器、五个阀门和计算装置，其中，ISCO泵通过第五阀门、第三压力传感器与岩心夹持器连接，第一高压气源、第一阀门、第一中间容器、第二阀门、第一压力传感器、岩心夹持器、第二压力传感器、第三阀门、第二中间容器、第四阀门、第二高压气源依次连接；第四压力传感器位于第一高压气源和第一中间容器之间，第五压力传感器位于第二高压气源和第二中间容器之间；
所述方法包括：
确定实验围压值和不同测试点下的预设流压值；
将饱和好地层水的岩心放入岩心夹持器；
利用ISCO泵通过打开第五阀门给岩心夹持器加围压至实验围压值，通过第三压力传感器测量围压；
通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门的打开和关闭，通过第一高压气源和第二高压气源调节第一中间容器、第二中间容器的流压达到不同测试点下的预设流压值，岩心夹持器两端的压差达到预设阈值；通过第四压力传感器和第五压力传感器测量通入高压气体的压力；
利用第一压力传感器和第二压力传感器记录岩心夹持器两端压力；
计算装置根据岩心夹持器两端压力确定岩心夹持器两端的压差，根据岩心夹持器两端的压差确定不同流压下岩心夹持器两端压差随时间递减曲线，并采用指数函数进行拟合，获取不同流压下压差递减指数，根据不同流压下压差递减指数计算岩心不同流压下液测渗透率，基于岩心不同流压下液测渗透率绘制岩心液测渗透率与有效应力曲线；
其中，通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门的打开和关闭，通过第一高压气源和第二高压气源调节第一中间容器、第二中间容器的流压达到不同测试点下的预设流压值，岩心夹持器两端的压差达到预设阈值，包括：
打开第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，利用第一高压气源和第二高压气源调节第一中间容器、第二中间容器的流压增压至不同测试点下的预设流压值，关闭第三阀门和第四阀门；
利用第一高压气源给第一中间容器增压预设标准大气压，关闭第一阀门；
打开第三阀门，让岩心夹持器两端的压差达到预设阈值；
其中，按照如下公式根据不同流压下压差递减指数计算岩心不同流压下液测渗透率：
；
其中：i为测压点序号，i=1，…，n；αi表示流压Pi时两端压差递减指数1/S；μwi表示流压Pi时水的粘度，mPa.s；Pi表示第i测压点的压力；V表示中间容器容积，mL；Cgi表示流压Pi时高纯氮气的压缩系数，1/MPa；Cwi表示流压Pi时地层水的压缩系数，1/MPa；L表示岩心长度；Ki表示流压Pi时岩心液测渗透率，mD；A表示岩心横截面积，cm2。
2.如权利要求1所述的岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法，其特征在于，岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试装置还包括：将第一中间容器、第一压力传感器、岩心夹持器、第二压力传感器和第二中间容器放置于恒温箱中，营造恒定的高温环境。
3.如权利要求1所述的岩心变流压、液测渗透率应力敏感测试方法，其特征在于，所述中间容器带有活塞，中间容器内在活塞上下两个部分分别装有地层水和气体；
通过高压气源内的高压气体推动中间容器活塞下的气体，进而推动中间容器活塞上的地层水进入岩心加持器加持的岩心。
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