巖心氣測滲透率的測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種巖心氣測滲透率的測量方法，包括以下步驟：將巖心直徑和長度值輸入計算芯片；將巖心放置于橡膠套內，通過小型手搖液壓泵施加圍壓；將活塞推至內腔最小標定位置，關閉放空閥；設定活塞運動速度，開啟活塞驅動裝置，將活塞移動至內腔最大標定位置時停止工作，計算芯片計算巖心氣體表觀滲透率，進而計算巖心氣測滲透率，完成第一次測量；打開放空閥，平衡內腔壓力后，關閉放空閥，重復上述步驟，將活塞移動至內腔最小標定位置，進行第二次測量；計算芯片計算兩次測量值的平均值，即為最終巖心氣測滲透率。本發明的測量方法在活塞往返運動過程中可以測量兩次巖心氣測滲透率，測量效率高、速度快，對野外采集巖樣快速評價有重要意義。
【專利說明】巖心氣測滲透率的測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于石油工程【技術領域】，涉及巖心滲透率的測量技術，尤其涉及一種巖心 氣測滲透率的測量方法。
【背景技術】
[0002] 在石油行業中，滲透率是表征油氣通過儲層巖石能力的重要參數，通常采用氣體 或者液體作為介質對巖心滲透率進行測量。在室內實驗中，氣測滲透率的實驗介質可為氦 氣或者氮氣，在實驗精度要求不高的情況下也可采用空氣測量巖石滲透率；液測滲透率的 實驗介質一般為水或者原油。
[0003] 通常情況下，實驗室巖心測試結果比較準確，但是實驗設備龐大，對環境要求高， 不便于野外攜帶，在野外采用便攜式巖樣鉆取設備取出露頭巖樣，或者在現場采用取芯鉆 頭取出儲層巖樣后，需要將樣品送交實驗室進行分析，該過程耗費時間周期長，無法實時的 認識地層參數，等到實驗室測量時巖石的性質已經發生改變，因此無法反映真實的巖心氣 測滲透率。
[0004] 目前，巖心滲透率的測量方法主要有兩種，穩態法和非穩態法。穩態法是指在測試 過程中流體形成穩定滲流，流動處于穩定狀態，測出巖心兩端的壓力以及通過巖心的流量， 利用達西公式計算巖心滲透率。該方法相對可靠，應用較多，但是操作比較復雜，測量時間 長且數據的穩定性受到較多因素的影響。在穩態法中，對于流體流量的測量，特別是低滲巖 石微小流量的測量是很困難的，并且也不夠精確。
[0005] 穩態法氣測滲透率是目前常見的巖心滲透率測量方法，主要有以下不足：設備龐 大，不僅需要裝備氮氣或者氦氣氣源，還需要龐大的恒壓室和恒壓控制裝置，不方便野外測 量；不能嚴格控制上下游恒壓室壓差，需要在上下游之間安裝壓力反饋控制裝置來保證巖 心入口和出口壓力差恒定，達到平衡所需時間太長；氣體流量計一般用皂泡流量計或小球 上升高度測量，由于氣體具有壓縮性和粘性，上述設備所測得的數據的準確性較低。
[0006] 非穩態法是指在測試過程中不要求流體形成穩定滲流，流動處于非穩定狀態，只 要測出壓力隨時間的變化曲線，就可以利用微積分的方法計算出巖心滲透率。非穩態法具 有操作方便、測量速度快、數據的統一性較好等優點。更為重要的是它避開了氣體流量的測 量。
[0007] 非穩態法通過測量壓力隨時間的變化來計算巖心滲透率，避免了氣體流量測量不 準確的缺點，但是由于需要氣源，其設備比較龐大，不適宜野外作業，并且需要連續測量足 夠長的時間，才能計算巖心滲透率，如果氣體流量不穩定，則該裝置的測量效果也不好。
【發明內容】
[0008] 為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種巖心氣測滲透率的測量方法，包 括以下步驟：
[0009] (1)調試巖心氣測滲透率測量裝置，并檢查測量裝置的氣密性；
[0010] (2)測量巖心的直徑和長度，將測量值輸入計算芯片；
[0011] (3)將巖心放置于橡膠套內，通過液壓泵給巖心施加圍壓；
[0012] (4)將活塞推至內腔最小標定位置，關閉放空閥；
[0013] (5)壓力傳感器測量起始時刻內腔中的壓力，設定活塞運動速度，開啟活塞驅動裝 置，壓力傳感器記錄內腔壓力變化和活塞運動時間，并將數據實時輸入計算芯片，活塞驅動 裝置將活塞移動至內腔最大標定位置時停止工作，計算芯片計算巖心氣體表觀滲透率，進 而計算巖心氣測滲透率并儲存，完成第一次測量過程；
[0014] 在活塞運動過程中，計算芯片計算每一個計算區間的巖心氣體表觀滲透率，進而 計算巖心氣測滲透率。
[0015] (6)打開放空閥，平衡內腔壓力后，關閉放空閥，重復步驟（5)，活塞驅動裝置將活 塞移動至內腔最小標定位置，進行第二次測量；
[0016] (7)計算芯片計算兩次測量值的平均值，即為最終的巖心氣測滲透率，并通過液晶 顯示器顯示出來；
[0017] 所述活塞做勻速運動。所述巖心氣測滲透率測量裝置在內腔體積勻速變化時可測 量巖心氣測滲透率。
[0018] 目前的非穩態氣測滲透率方法需要保證定容室（內腔）的容積不變，并且通過空 氣壓縮機或者抽真空設備制造壓差，故設備龐大，不適宜在野外測量。本發明的主要原理為 在目前非穩態氣測滲透率方法的基礎上，勻速改變內腔的大小，制造壓差，無需攜帶龐大的 氣瓶和增壓裝置，使滲透率測試儀體積減小，從而達到小型化、便攜式的目的。通過記錄活 塞勻速運動過程中，內腔的壓力隨時間的變化，進而測量出巖心氣測滲透率。
[0019] 本發明的測量方法在活塞往返運動過程中可以測量兩次巖心氣測滲透率，測量效 率高，速度快。測量方法上使用精密的壓力傳感器記錄壓力隨時間的變化，避免因氣體流量 變化而導致測量不準確的缺陷。另外，通過本發明的巖心氣體表觀滲透率計算公式計算所 得的結果更可靠。對于野外采集巖樣快速評價具有重要意義。
[0020] 優選的是，重復步驟（5)，進行多次測量，計算芯片計算多次測量值的平均值，即為 最終的巖心氣測滲透率，并通過液晶顯示器顯示出來。本發明的測量方法可進行多次測量， 以使測量結果更準確，誤差更小。
[0021] 根據巖心的致密或疏松情況，調整巖心氣測滲透率的測量步驟。若巖心致密，滲透 率較低，則活塞從內腔最小標定位置移動至內腔最大標定位置時所造成的壓差可能不夠， 因此將活塞移動至內腔最大標定位置后，再移動至內腔最小標定位置，完成一次測量過程。 若巖心疏松，滲透率較高，則在測量過程中需要增大活塞的運動速度進行測量。
[0022] 在上述任一方案中優選的是，所述巖心氣測滲透率測量裝置為便攜式巖心氣測滲 透率測量裝置。
[0023] 本發明的便攜式巖心氣測滲透率測量裝置，是將在野外采用便攜式巖樣鉆取設備 取出露頭巖心，或者在現場采用取芯鉆頭取出儲層巖心放入筒體內，采用集成在筒體上的 小型液壓泵對巖心施加一定的圍壓，移動筒體內的活塞，活塞做勻速運動，使巖心兩端產生 壓差，通過壓力感應器測量巖心兩端的壓力隨時間的變化，進而測量巖心氣測滲透率。該測 量裝置體積小巧，結構簡單，方便攜帶，適用于野外或者鉆井現場進行滲透率測量。該測量 裝置突出便攜的優點，能在野外獲取巖心后馬上檢測，對野外采集巖樣快速評價具有重要 意義。
[0024] 在上述任一方案中優選的是，所述便攜式巖心氣測滲透率測量裝置包括巖心、壓 力傳感器、筒體、液壓泵、橡膠套、活塞、活塞驅動裝置、計算芯片與液晶顯示器、放空閥。
[0025] 在上述任一方案中優選的是，所述巖心放置于筒體內，所述橡膠套設置于巖心與 筒體之間，所述液壓泵設置于筒體的外側，并與所述橡膠套相連，所述活塞和所述活塞驅動 裝置設置于筒體內，所述巖心的一個端面與所述活塞之間形成內腔，所述壓力傳感器、所述 計算芯片與液晶顯示器和所述放空閥設置于筒體的外側，并與所述內腔相連。
[0026] 在上述任一方案中優選的是，所述液壓泵為手搖液壓泵，也可為小型液壓泵或者 小型手搖液壓泵。所述液壓泵可由圍壓泵替代。液壓泵以液壓的形式通過橡膠套對巖心施 加圍壓。采用手搖液壓泵、小型液壓泵或者小型手搖液壓泵可進一步減小測量裝置的體積 和重量，使測量裝置更加便攜。
[0027] 在上述任一方案中優選的是，所述壓力傳感器嵌入筒體壁中，可進一步減小測量 裝置的重量，使其更加便攜。
[0028] 在上述任一方案中優選的是，所述壓力傳感器凸出筒體的內壁。
[0029] 壓力傳感器可以監測內腔中的壓力變化。計算芯片可以收集壓力傳感器的數據并 計算出巖心氣測滲透率，同時將巖心氣測滲透率的數值顯示在液晶顯示器上。放空閥在滲 透率測量過程中處于關閉狀態，在測量結束后打開，以平衡內腔中的壓力。
[0030] 在上述任一方案中優選的是，所述巖心的一個端面與所述筒體的一端平齊，另一 個端面在筒體的內部。
[0031] 在上述任一方案中優選的是，所述巖心的一個端面凸出所述筒體的一端，另一個 端面在筒體的內部。
[0032] 在上述任一方案中優選的是，所述活塞驅動裝置設置于筒體的一端，與所述巖心 相對。活塞驅動裝置可以控制活塞在筒體內勻速運動，以給定的速度勻速拉出或者勻速推 進，以控制內腔的大小，保證在巖心兩端產生的壓差至少為〇. 2MPa。
[0033] 在上述任一方案中優選的是，所述活塞驅動裝置包括驅動電機、滾輪、電源。電源 驅動驅動電機勻速旋轉，驅動電機帶動滾輪旋轉。滾輪為齒輪結構，與活塞桿上的齒條相互 嚙合。滾輪的旋轉速度收到計算芯片的控制。
[0034] 在上述任一方案中優選的是，所述驅動電機與所述滾輪相連，所述滾輪與活塞桿 上的齒條嚙合。
[0035] 在上述任一方案中優選的是，所述電源嵌入筒體壁中，可進一步減小測量裝置的 重量，使其更加便攜。
[0036] 在上述任一方案中優選的是，所述電源為電池。
[0037] 在上述任一方案中優選的是，所述電池放置于嵌入筒體壁中的電源槽內。嵌入式 電源槽，可進一步減小測量裝置的重量，使其更加便攜。
[0038] 在上述任一方案中優選的是，所述筒體由錯合金、鎂合金或者鈦合金材料制成。上 述合金材料比較輕，強度高，加工性能好，在其表面易于自然產生一層致密牢固的保護膜， 能很好的保護基體不受腐蝕。
[0039] 在上述任一方案中優選的是，所述筒體由不銹鋼材料制成。不銹鋼材料的強度高， 硬度高，耐磨性和抗腐蝕性較好，也可作為筒體材料使用。
[0040] 在上述任一方案中優選的是，所述筒體的壁厚為1. 0-5. 0cm。本發明經過大量實驗 證明，筒體由鋁合金、鎂合金或者鈦合金材料制作時，筒體的壁厚可適當增加，以承受更大 的壓力。
[0041] 在上述任一方案中優選的是，所述筒體的壁厚為0. 5-1. 0cm。本發明經過大量實驗 證明，筒體由不銹鋼材料制作時，筒體的壁厚可適當減小，雖然不銹鋼比鋁合金、鎂合金和 鈦合金重，但是其能承受較高的壓力。
[0042] 在上述任一方案中優選的是，所述筒體的長度為50-80cm。本發明經過大量實驗證 明，筒體的長度在此范圍內時，該測量裝置可輕松提起和放下，仍屬便攜式范疇。
[0043] 在上述任一方案中優選的是，所述活塞的厚度為3. 0-5. 0cm。本發明經過大量實驗 證明，活塞的厚度在此范圍內時，可確保氣體不滲漏。
[0044] 在上述任一方案中優選的是，所述巖心的直徑為2. 5cm。巖心與筒體內壁之間設置 橡膠套，以確保氣體不滲漏，由于橡膠套的厚度較小，因此巖心的直徑與筒體內徑（內腔直 徑）可看作近似相等，在巖心氣體表觀滲透率計算公式的推導過程中，內腔橫截面積即為 巖心橫截面積。
[0045] 在上述任一方案中優選的是，所述巖心的長度為3. 0-8. 0cm。
[0046] 在上述任一方案中優選的是，所述內腔最小標定位置為活塞與巖心在筒體內的端 面的距離為3. 5cm處。
[0047] 在上述任一方案中優選的是，所述內腔最大標定位置為活塞移動至活塞驅動裝置 處。
[0048] 在上述任一方案中優選的是，所述液壓泵給巖心施加的圍壓為0.5-3. OMPa。本發 明經過大量實驗證明，施加此范圍值的圍壓，能夠確保氣體不滲漏。
[0049] 在上述任一方案中優選的是，所述活塞的運動速度為0. 1-lOcm/s。本發明經過大 量實驗證明，活塞在此速度范圍內做勻速運動，能確保巖心氣測滲透率的測量值更可靠、更 準確，對于野外采集巖樣快速評價有重要意義。
[0050] 在上述任一方案中優選的是，所述巖心氣體表觀滲透率的計算公式為
【權利要求】
1. 一種巖心氣測滲透率的測量方法，包括以下步驟： (1)調試巖心氣測滲透率測量裝置，并檢查測量裝置的氣密性； ⑵測量巖心的直徑和長度，將測量值輸入計算芯片； (3) 將巖心放置于橡膠套內，通過液壓泵給巖心施加圍壓； (4) 將活塞推至內腔最小標定位置，關閉放空閥； (5) 壓力傳感器測量起始時刻內腔中的壓力，設定活塞運動速度，開啟活塞驅動裝置， 壓力傳感器記錄內腔壓力變化和活塞運動時間，并將數據實時輸入計算芯片，活塞驅動裝 置將活塞移動至內腔最大標定位置時停止工作，計算芯片計算巖心氣體表觀滲透率，進而 計算巖心氣測滲透率并儲存，完成第一次測量過程； (6) 打開放空閥，平衡內腔壓力后，關閉放空閥，重復步驟（5)，活塞驅動裝置將活塞移 動至內腔最小標定位置，進行第二次測量； (7) 計算芯片計算兩次測量值的平均值，即為最終的巖心氣測滲透率，并通過液晶顯示 器顯示出來； 其特征在于：所述活塞做勻速運動。
2. 如權利要求1所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：重復步驟（5)，進行 多次測量，計算芯片計算多次測量值的平均值，即為最終的巖心氣測滲透率，并通過液晶顯 示器顯示出來。
3. 如權利要求1或2所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：所述巖心氣測 滲透率測量裝置為便攜式巖心氣測滲透率測量裝置。
4. 如權利要求3所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：所述便攜式巖心氣 測滲透率測量裝置包括巖心、壓力傳感器、筒體、液壓泵、橡膠套、活塞、活塞驅動裝置、計 算芯片與液晶顯示器、放空閥。
5. 如權利要求4所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：所述巖心放置于筒 體內，所述橡膠套設置于巖心與筒體之間，所述液壓泵設置于筒體的外側，并與所述橡膠套 相連，所述活塞和所述活塞驅動裝置設置于筒體內，所述巖心的一個端面與所述活塞之間 形成內腔，所述壓力傳感器、所述計算芯片與液晶顯示器和所述放空閥設置于筒體的外側， 并與所述內腔相連。
6. 如權利要求4或5所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：所述液壓泵為 手搖液壓泵。
7. 如權利要求4或5所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：所述壓力傳感 器嵌入筒體壁中。
8. 如權利要求4或5所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：所述壓力傳感 器凸出筒體的內壁。
9. 如權利要求4或5所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：所述巖心的一 個端面與所述筒體的一端平齊，另一個端面在筒體的內部。
10. 如權利要求4或5所述的巖心氣測滲透率的測量方法，其特征在于：所述巖心的一 個端面凸出所述筒體的一端，另一個端面在筒體的內部。
【文檔編號】G01N15/08GK104266949SQ201410446873
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】申潁浩, 李曹雄, 葛洪魁 申請人:中國石油大學(北京)