CN203241324U - 一种页岩气体渗透率测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种页岩气体渗透率测定仪，包括依次通过密封管线连接的气瓶、压力调节阀、气动阀Ⅰ、压力传感器Ⅰ、气动阀Ⅱ、压力传感器Ⅱ和放空阀，还包括手动阀、模型杯、温度传感器、样品杯和恒温装置；本实用新型通过密封的样品杯容置不易开裂的页岩样品颗粒，使页岩渗透率的测试不受裂缝渗透率的影响，为准确测得页岩的基质渗透率提供了设备支持。

Description

一种页岩气体渗透率测定仪

技术领域

本实用新型涉及油气田开发实验测定常规物性参数的实验设备领域，具体涉及一种页岩气体渗透率测定仪。

背景技术

伴随着工业生产对能源的需求，为了获得新的接替能源，关于非常规天然气的开发成为世界范围内的一大热点。过去认为具有非渗透性的储层，现在也会想办法将其开采。过去针对普通储层的渗透率测试方法，现在在遇到渗透率极低的储层时如果按照常规方法测试，会因流量小而变得难以计量，该方法在遇到低渗储层时会失效。更重要的一方面，由于页岩特殊的岩石力学性质，页岩岩心在从地下到卸压之后的地表条件下容易产生裂缝，通过原有的常规渗透率测试方法或者现有的压力脉冲衰减法，都是通过岩心夹持器夹持页岩柱塞样来测量样品的渗透率，这样无法消除柱塞样中裂缝带来的对渗透率的影响，测出来的渗透率数值就会偏大，从而无法测试出准确的页岩基质渗透率，对数值模拟地层的渗流情况产生很大的干扰和误差。

实用新型内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种页岩气体渗透率测定仪，通过密封的样品杯容置不易开裂的页岩样品颗粒，使页岩渗透率的测试不受裂缝渗透率的影响，为准确测得页岩的基质渗透率提供了设备支持。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种页岩气体渗透率测定仪，包括依次通过密封管线连接的气瓶、压力调节阀、气动阀Ⅰ、气动阀Ⅱ和放空阀，还包括通过密封管线连接在气动阀Ⅰ和气动阀Ⅱ之间的压力传感器Ⅰ、手动阀和模型杯，手动阀控制模型杯的连通，在气动阀Ⅱ和放空阀之间设置有通过密封管线连接的压力传感器Ⅱ、温度传感器和样品杯，气动阀Ⅱ、压力传感器Ⅱ、放空阀、温度传感器和样品杯置于恒温装置中。

在上述技术方案中，所述样品杯中容置页岩样品颗粒，颗粒大小均匀。

在上述技术方案中，所述页岩样品颗粒为球体。

本实用新型的测定仪为准确测定页岩的基质渗透率提供设备支持，解决了传统测量渗透率方法中柱塞样的裂缝对页岩的基质渗透率测量造成影响的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的页岩气体渗透率测定仪示意图；

图2为本实用新型实施例提供的样品杯示意图。

图3为本实用新型实施例提供的实测曲线与理论曲线拟合对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行详细描述。

参见图1，本实用新型实施例提供的一种页岩气体渗透率测定仪，包括依次通过密封管线连接的气瓶1、压力调节阀2、气动阀Ⅰ3、气动阀Ⅱ5和放空阀7，还包括通过密封管线连接在气动阀Ⅰ3和气动阀Ⅱ5之间的压力传感器Ⅰ4、手动阀8和模型杯9，手动阀8控制模型杯9的连通，在气动阀Ⅱ5和放空阀7之间设置有通过密封管线连接的压力传感器Ⅱ6、温度传感器10和样品杯11，气动阀Ⅱ5、压力传感器Ⅱ6、放空阀7、温度传感器10和样品杯11置于恒温装置12中。

使用该页岩气体渗透率测定仪的方法包括如下步骤：

在温度为10-30℃的恒温条件下对装有页岩颗粒的样品杯11施加大于大气压的脉冲压力p₀，通过压力传感器和温度传感器记录压力、温度和时间，直至样品杯中压力逐渐稳定为p_e并保持不变；

根据压力传感器记录的压力、时间作压力-时间关系的实测曲线；

所述实测曲线通过如下方法制作：

通过拟压力公式

计算压力，其中μ是气体的粘度，单位是mPa·s，Z为气体偏差因子，单位是1，p为压力传感器Ⅱ6的实测气体压力，p₀为压力传感器Ⅱ6记录的起始压力；计算时Z值取1；

通过公式

将得到的压力无因次化为无因次压力；

通过公式

将压力传感器Ⅱ6记录的时间t无因次化为无因次时间，式中

p为压力传感器Ⅱ6记录的压力的平均值，以上式中，

代表t时刻样品杯内的无因次压力值，

代表0时刻样品杯11内的压力值，

是指在没加脉冲压力前样品杯11内的压力值，t_D是无因次时间，K是基质渗透率，单位是mD，φ是所测页岩颗粒的孔隙度，单位是1，μ是样品杯11中气体的粘度，单位是mPa·s，C_g为样品杯11中气体体积压缩系数，单位是MPa^-1，L为页岩颗粒的平均粒径，单位是cm，角标D代表无因次量；

K值在具体示例中取2.01×10^-05、2.01×10^-06、2.01×10^-07、2.01×10^-08和2.01×10^-09，φ值为0.036，μ为0.01824mPa·s。

根据无因次压力

(t)和无因次时间t_D绘制实测曲线,实测曲线参见图3。绘制实测曲线所需要的数据参见表1。

表1

所述理论曲线通过如下方法制作：

通过 $\mathrm{\μ}\left(t_D\right)=-\frac{12}{R^3}\left[\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\α}}_k\sin {\mathrm{\α}}_k(\sin {\mathrm{\α}}_k-{\mathrm{\α}}_k\cos {\mathrm{\α}}_k)}{2{\mathrm{\α}}_k-\sin \left({2\mathrm{\α}}_k\right)}\right]{\∫}_0^{t_D}\mathrm{\μ}\left(\mathrm{\τ}\right)e^{-\frac{{{\mathrm{\α}}_k}^2}{R^2}(t_D-\mathrm{\τ})}\mathrm{d\τ}$ 计算页岩颗粒边界的无因次压力μ（t_D），式中α_k=tanα_k，k=1,2,3…∞，将上述方程离散化为 ${\mathrm{\μ}}_j=-\frac{12}{R^3}\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\α}}_k\sin {\mathrm{\α}}_k(\sin {\mathrm{\α}}_k-{\mathrm{\α}}_k\cos {\mathrm{\α}}_k)}{2{\mathrm{\α}}_k-\sin \left(2{\mathrm{\α}}_k\right)}\frac{T}{N}\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_i{e}^{-\frac{{{\mathrm{\α}}_k}^2}{R^2}(t_j-t_i)},$ 式中，j=1,2,3…N,i=1,2…j，实现数值积分的步骤参见李庆扬、王能超、易大义编，华中科技大学出版社，数值分析（第4版）第79-80页，式中R为无因次颗粒粒径，计算时R取1，α_k是满足α_k=tanα_k的k个不同的正数值，本实施例中k在计算时从1取到20，此时

已经趋近于零，T是指将从施加脉冲压力到压力完全平衡的时间代入公式

中的t值后得到的时间值，在本实施例中T值计算后为100，N为根据计算精度需要将T等分的份数，得到由N个N元一次方程组构成的线性方程组，由已有算法求得μ_j的值；

通过公式

求样品杯中的理论无因次压力μ_d（t），将

离散化得到实现数值积分的步骤参见李庆扬、王能超、易大义编，华中科技大学出版社，数值分析（第4版）第79-80页，代入由已有算法求得的所述μ_j的值到离散化公式的μ_i中，式中i=0,1,2…j, j=1,2,3…N，

m是颗粒的总质量，ρ是岩石颗粒的密度值，单位是g/cm³，v₂是指样品杯11体积加上置于恒温装置12中的管线的体积；本实施例中β值计算后为0.01173。

根据理论无因次压力μdj和理论无因次时间

绘制理论曲线，式中，j=1,2,3…N，绘制的理论曲线参见图3。

绘制理论曲线所需要的数据见表2。

表2

将实测曲线与理论曲线做对比，拟合的好的实测曲线的渗透率就是该样品的渗透率。

图3上的菱形点的曲线就是理论曲线，而其他形状的点的曲线就是我们通过实测数据无因次化得到的实测曲线，我们可以看到正方形的点表示曲线与理论值较为一致，这就是所谓的“拟合得好”，就可以看出所测样品的渗透率值就是正方形的点表示的曲线所对应的渗透率值，为2.01×10-⁰⁷mD。

本实用新型是针对可准确测得页岩基质渗透率的方法设计的设备，通过密封的样品杯容置不易开裂的页岩样品颗粒进行测量，由于页岩样品颗粒直径小不易产生裂缝，所以避免了裂缝对基质渗透率测量的影响，恒温箱保持测量仪的恒温也减少了温度变化对压力准确度的影响，因此本实用新型可以准确测量基质渗透率，准确的渗透率也对油气藏数值模拟、水力压裂提供了有效的数据支撑。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本材料的技术实施方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种页岩气体渗透率测定仪，其特征在于：包括依次通过密封管线连接的气瓶（1）、压力调节阀（2）、气动阀Ⅰ（3）、气动阀Ⅱ（5）和放空阀（7），还包括通过密封管线连接在气动阀Ⅰ（3）和气动阀Ⅱ（5）之间的压力传感器Ⅰ（4）、手动阀（8）和模型杯（9），手动阀（8）控制模型杯（9）的连通，在气动阀Ⅱ（5）和放空阀（7）之间设置有通过密封管线连接的压力传感器Ⅱ（6）、温度传感器（10）和样品杯（11），气动阀Ⅱ（5）、压力传感器Ⅱ（6）、放空阀（7）、温度传感器（10）和样品杯（11）置于恒温装置（12）中。

2.如权利要求1中所述的页岩气体渗透率测定仪，其特征在于：所述样品杯（11）中容置页岩样品颗粒，颗粒大小均匀。

3.如权利要求2所述的页岩气体渗透率测定仪，其特征在于：所述样品颗粒为球体。

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