一種測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術。該技術包括下列步驟：a)選取頁巖或致密砂巖等超低滲巖心，將其加工成圓柱體試件；b)加工一個圓柱體鋼塊標準試件，用于系統標定；c)采用周期振蕩法進行超低滲透率的測量，孔隙介質可采用氣體或水。鋼塊測量結果用于標定系統；d)將巖心放于夾持器中，施加圍壓、孔隙壓，對巖心進行飽和，施加上游正弦壓力波并保持不變，測量不同圍壓的下游壓力波響應；e)對不同圍壓的下游壓力波形進行互相關分析，獲得滲透率隨圍壓的變化。本發明結合超低滲透巖石滲透率測量的周期振蕩法，對滲透率測量的壓力波形進行互相關分析，提高滲透率變化測量的精度，解決超低滲透率應力敏感性測量難題。
【專利說明】一種測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術
【技術領域】
[0001]本發明是關于超低滲透率材料應力敏感性測試的技術，特別是關于一種超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關測試技術。本發明可為非常規油氣儲層、核廢料儲層的滲透率應力敏感性測試提供技術支持。
【背景技術】
[0002]滲透率是儲層最重要的物性參數，也是油氣開發的基礎。近年來隨著頁巖氣、致密砂巖油氣等非常規油氣的開發，迫切需要開展超低滲透率(〈0.1XlO-3Um2)測試，這對測試方法和儀器都提出了挑戰，是非常規油氣開發研究的難點。目前我國石油工業中主要采用穩態法和脈沖衰減法進行超低滲透率測試，在測試精度、穩定性和測試周期方面還存在不足，發展高精度超低滲透率的方法十分重要。
[0003]影響滲透率測量的因素主要可分為外因和內因兩大類，內因即巖石的礦物成分、孔隙結構、顆粒大小等。外因主要有壓力、溫度及流體的性質。在實驗室中對于超低滲巖心，尤其是對于滲透率低于0.1XlO-3Um2的巖心樣品，滲透率測量耗時長，有的長達數周到數月，因此首先對壓機的壓力泵以及孔隙壓力泵等儀器提出了較高的要求，需要儀器的精度高，穩定性好，可以保持某一應力狀態長達數日至數月以測量某一應力狀態下的滲透率值。其次，無論是孔隙壓力泵原因還是測量滲透率方法的原因，孔隙壓力的擾動也要非常小。實驗過程中無論是輸入的孔隙壓力還是輸出的測試壓力都存在噪聲，如低頻的溫度擾動、高頻的泵和壓力傳感器的噪音、以及其他高頻的電信號等高低頻噪音，這些噪音對測試結果具有重要影響，隨著測試樣品滲透率的降低而增大。特別是針對超低滲的巖心，儀器恒定溫度至關重要。否則很小的溫度及環境擾動都可能導致孔隙壓力曲線難以擬合。目前常用的穩態法和脈沖衰減法測量超低滲透率穩定性不夠好、精度也受溫度噪音等影響，更難測量滲透率的應力敏感性。
[0004]相對于目前廣泛應用的脈沖衰減法，周期振蕩法對實驗條件、環境等要求低，具有用時短，結果穩定、精度高的優點。周期振蕩法只用了巖石兩端孔隙壓力信號的振幅比和相位差，對絕對值沒有要求，因此一定程度上降低了環境變化對測量結果的影響。并且周期振蕩法的孔隙壓力波具備波形特征，可應用快速富里葉變換(FFT)、互譜法等數字信號處理方法處理周期振蕩法的數據，從而能大幅度地提高信噪比，以達到精細測量超低滲透率的要求。本發明結合超低滲透巖石滲透率測量的周期振蕩法，將波形互相關方法用于滲透率變化測量，大幅度提高滲透率變化測量的精度和穩定性，解決超低滲透巖石滲透率應力敏感性測量難題。該方法原理為:兩列波形的互相關可高精度地獲得波形相位差異，屬于波形干涉測量，在信號檢測領域獲得廣泛應用。本發明將波形互相關方法用于滲透率變化測量，對滲透率測量的壓力波形進行互相關分析，獲得滲透率隨圍壓的變化，評價超低滲透巖石滲透率的應力敏感性。為非常規油氣儲層、核廢料儲層的滲透率應力敏感性測試提供技術支持
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，該技術綜合體現了非常規儲層低孔、低滲的特征，并在實驗設備及數據處理上做了創新性的發明。從而進行超低滲巖心滲透率應力敏感性監測。
[0006]為實現上述目的，本發明提供了一種超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，該技術包括下列步驟:a)選取頁巖或致密砂巖等超低滲巖心，將其加工成圓柱體試件；
b)加工一個圓柱體鋼塊標準試件，用于系統標定；c)采用周期振蕩法進行超低滲透率的測量，孔隙介質可采用氣體或水。首先將鋼塊試件放于巖心夾持器中，夾持器由兩個伺服壓力泵通過閥門分別給巖心施加圍壓、正弦孔隙壓力波。鋼塊測量結果用于標定系統；d)將巖心放于夾持器中，施加圍壓、孔隙壓，對巖心進行水飽和或氣飽和。巖心飽和后，施加上游正弦壓力波，測量下游正弦壓力波響應。保持上游正弦壓力波不變，變圍壓，測量不同圍壓的下游壓力波的響應；e)將波形互相關方法用于滲透率變化測量，對不同圍壓下滲透率測量的壓力波形進行互相關分析，獲得滲透率隨圍壓的變化，評價超低滲透巖石滲透率的應力敏感性。
[0007]進一步地，在步驟a)中，選取的頁巖、致密砂巖等巖心取自所開發儲層的全直徑巖心或相同層位的露頭，具有超低滲透率。將所述巖心加工成直徑為2.5cm,高度為3-4cm的標準圓柱體。
[0008]進一步地，在步驟b)中，加工一個與巖心同尺度的圓柱體鋼塊試件。鋼塊的孔隙度和滲透率理論上為零。
[0009]進一步地，在步驟c)中，將鋼塊試件放于夾持器中，分別給鋼塊試件施加圍壓、孔隙壓。并在鋼塊試件上游施加正弦孔隙壓力波，測量下游孔隙壓力波響應。該測量結果用于對系統比儲流率等值進行標定。
[0010]進一步地，在步驟d)中，采用周期振蕩法進行頁巖、致密砂巖等超低滲巖心滲透率的測量。施加圍壓、孔隙壓對巖心進行飽和后，施加上游正弦壓力波，測量下游正弦壓力波響應。保持上游正弦壓力波不變，變圍壓，測量不同圍壓的下游壓力波的響應。
[0011]進一步地，在步驟e)中，在周期振蕩法數據處理中采用互相關技術，選擇某一圍壓的下游孔隙壓力波為參考壓力波形，通過不同圍壓下下游壓力波與參考壓力波的互相關處理，獲得相對的壓力波形幅值比及相位差。
[0012]進一步地，在夾持器中輸運孔隙流體的管道內徑非常小，約為0.7mm,出夾持器以后通過閥門將管道連接到內徑3_的大管道。以減少比儲流率對超低滲巖心滲透率測試的影響。
[0013]進一步地，保持上游孔隙壓力波形不變，即保持上游孔隙壓力波形相同的振幅及頻率。
[0014]進一步地，選擇某一圍壓條件下的下游壓力波為參考波形，選擇某一圍壓條件下的滲透率為參考滲透率。
[0015]本發明的有益效果在于，結合超低滲透巖石滲透率測量的周期振蕩法，將波形互相關方法用于滲透率變化測量，對滲透率測量的壓力波形進行互相關分析，大幅度提高滲透率變化測量的精度和穩定性，獲得滲透率隨圍壓的變化，解決超低滲透巖石滲透率應力敏感性測量難題，以評價超低滲透巖石滲透率的應力敏感性。該方法在非常規油氣開發、核廢料儲層研究中將會應力潛力較大。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在附圖中:
[0017]圖1為本發明實施例一種測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術的實驗流程圖；[0018]圖2為本發明實施例一種測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術的實驗裝置結構示意圖；
[0019]圖3為本發明實施例超低滲巖石滲透率應力敏感性測量的互相關技術示意圖；【具體實施方式】
[0020]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
[0021]現有的技術測量超低滲透率主要存在的問題是測量時間長、精度低、穩定性不好，因此更難測量超低滲巖心的滲透率應力敏感性。為了克服以上困難，本發明提供了一種測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術。如圖1所示，該方法包括下列步驟:
[0022]步驟SlOl:選取頁巖或致密砂巖等超低滲巖心，將其加工成圓柱體試件；
[0023]步驟S102:加工一個圓柱體鋼塊標準試件，用于系統標定；
[0024]步驟S103:采用周期振蕩法進行超低滲透率的測量，孔隙介質可采用氣體或水。首先將鋼塊試件放于巖心夾持器中，夾持器由兩個伺服壓力泵通過閥門分別給巖心施加圍壓、正弦孔隙壓力波。鋼塊測量結果用于標定系統；
[0025]步驟S104:將巖心放于夾持器中，施加圍壓、孔隙壓，對巖心進行水飽和或氣飽和。巖心飽和后，施加上游正弦壓力波，測量下游正弦壓力波響應。保持上游正弦壓力波不變，變圍壓，測量不同圍壓的下游壓力波的響應；
[0026]步驟S105:將波形互相關方法用于滲透率變化測量，對不同圍壓下滲透率測量的壓力波形進行互相關分析，獲得滲透率隨圍壓的變化，評價超低滲透巖石滲透率的應力敏感性。
[0027]由上所述，對于超低滲的非常規儲層，通過該儀器設備可以對系統的比儲流率進行標定和校正，從而大幅度提高滲透率的測量精度。結合超低滲透巖石滲透率測量的周期振蕩法，將波形互相關方法用于滲透率變化測量，對滲透率測量的壓力波形進行互相關分析，可以獲得滲透率隨圍壓的變化，評價超低滲透巖石滲透率的應力敏感性。
[0028]在實驗室中對于超低滲巖心，尤其是對于滲透率低于0.1 X IO^3 U m2的巖心樣品，滲透率測量耗時長，對壓機的壓力泵以及孔隙壓力泵等儀器提出了較高的要求，需要儀器的精度高，穩定性好，可以保持某一應力狀態長達數日至數月以測量某一應力狀態下的滲透率值。另外，由于非常規儲層的滲透率極低，輸運孔隙流體的管道的比儲流率對滲透率測量結果的影響就變得很大，為了克服不足，采用了管道變內徑輸運孔隙流體，在夾持器中的管道內徑約為0.7mm,出夾持器以后通過閥門將管道連接到內徑為3mm的大管道。如圖2所示，I為巖心室，2、3分別為孔隙壓伺服泵和圍壓控制泵，給巖心施加孔隙壓和圍壓。4、5、6分別為上游孔隙壓傳感器、下游孔隙壓傳感器、圍壓傳感器。采用周期振蕩法測試巖心滲透率時，在巖心上游施加一個正弦孔隙壓力波，觀測巖心下游孔隙壓力的響應。7為控制閥門，8為輸運孔隙流體的內徑為0.7mm的管道，9是輸運孔隙流體的內徑為3mm的管道。所測試的巖心加工成直徑為2.5cm,高度為3-4cm的標準圓柱體,放置于巖心室I處。實驗設備能進行變圍壓測量。為了解決巖心夾持器比儲流率對超低滲透率精度的影響，加工了一個與巖心同尺度的圓柱體鋼塊試件。鋼塊的孔隙度和滲透率理論上為零。將鋼塊試件放于夾持器中，分別給鋼塊施加圍壓、孔隙壓，在鋼塊上游施加一個正弦孔隙壓力波，測量下游壓力波響應，該測量結果用于對巖心滲透率測量結果進行標定。
[0029]為了測量滲透率的相對變化，采用互相關技術對周期振蕩法的波形數據進行分析。該技術原理為:兩列波形的互相關可高精度地獲得波形相位差異，屬于波形干涉測量，在信號檢測領域獲得廣泛應用。互相關函數定義為:
[0030]
【權利要求】
1.一種測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術.其特征在于將波形互相關方法用于滲透率變化測量，大幅度提高滲透率變化測量的精度和穩定性，解決超低滲透巖石滲透率應力敏感性測量難題。該方法原理為:兩列波形的互相關可高精度地獲得波形相位差異，屬于波形干涉測量，在信號檢測領域獲得廣泛應用。本發明結合超低滲透巖石滲透率測量的周期振蕩法，將波形互相關方法用于滲透率變化測量，對滲透率測量的壓力波形進行互相關分析，獲得滲透率隨圍壓的變化，評價超低滲透巖石滲透率的應力敏感性。 該技術包括下列步驟: a)選取頁巖或致密砂巖等超低滲巖心，將其加工成圓柱體試件； b)加工一個圓柱體鋼塊標準試件，用于系統標定； c)采用周期振蕩法進行超低滲透率的測量，孔隙介質可采用氣體或水。首先將鋼塊試件放于巖心夾持器中，夾持器由兩個伺服壓力泵通過閥門分別給巖心施加圍壓、正弦孔隙壓力波。鋼塊測量結果用于標定系統； d)將巖心放于夾持器中，施加圍壓、孔隙壓，對巖心進行水飽和或氣飽和。巖心飽和后，施加上游正弦壓力波，測量下游正弦壓力波響應。保持上游正弦壓力波不變，變圍壓，測量不同圍壓的下游壓力波的響應； e)將波形互相關方法用于滲透率變化測量，對不同圍壓下滲透率測量的壓力波形進行互相關分析，獲得滲透率隨圍壓的變化，評價超低滲透巖石滲透率的應力敏感性。
2.如權利要求1所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，在步驟a)中，選取的頁巖 、致密砂巖等巖心取自所開發儲層的全直徑巖心或相同層位的露頭，具有超低滲透率，將所述巖心加工成直徑為2.5cm，高度為3-4cm的標準圓柱體。
3.如權利要求1所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，在步驟b)中，加工一個與巖心同尺度的圓柱體鋼塊試件，鋼塊的孔隙度和滲透率理論上為零。
4.如權利要求1所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，在步驟c)中，將鋼塊試件放于夾持器中，分別給鋼塊試件施加圍壓、孔隙壓，并在鋼塊試件上游施加正弦孔隙壓力波，測量下游孔隙壓力波響應，該測量結果用于對系統比儲流率等值進行標定。
5.如權利要求1所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，在步驟c)中，夾持器中輸運上、下游孔隙介質的兩根管道內徑很小，約為0.7mm,以減少比儲流率對超低滲巖心滲透率測試的影響。
6.如權利要求1所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，在步驟d)中，采用周期振蕩法進行頁巖、致密砂巖等超低滲巖心滲透率的測量，施加圍壓、孔隙壓對巖心進行飽和后，施加上游正弦壓力波，測量下游正弦壓力波響應，保持上游正弦壓力波不變，變圍壓，測量不同圍壓的下游壓力波的響應。
7.如權利要求1所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，在步驟e)中，在周期振蕩法數據處理中采用互相關技術，選擇某一圍壓的下游孔隙壓力波為參考壓力波形，通過不同圍壓下下游壓力波與參考壓力波的互相關處理，獲得相對的壓力波形幅值比及相位差。
8.如權利要求5所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，在夾持器中輸運孔隙流體的管道內徑非常小，約為0.7mm，出夾持器以后通過閥門將管道連接到內徑3mm的大管道。
9.如權利要求6所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，保持上游孔隙壓力波形不變，即保持上游孔隙壓力波形相同的振幅及頻率。
10.如權利要求7所述的測量超低滲巖石滲透率應力敏感性的互相關技術，其特征在于，選擇某一圍壓條件下的下游壓力波為參考波形，選擇某一圍壓條件下的滲透率為參考滲透率。
【文檔編號】G01N15/08GK103528934SQ201310518094
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2013年10月29日
【發明者】王小瓊, 葛洪魁, 申潁浩, 汪道兵 申請人:中國石油大學(北京)