一種用于頁巖的自發滲吸測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于石油工程技術領域，具體涉及一種用于頁巖的自發滲吸測量方法。
【背景技術】
[0002]自發滲吸是發生在多孔介質中常見的自然現象，對于非常規儲層，利用自發滲吸對其進行研究在國際上都是比較前沿的技術。在致密性儲層的研究中，特別是對低孔低滲透頁巖氣儲層的研究中，評價儲層巖石的自發滲吸強度是研究的重點。首先，由于低滲透儲層的吼道細小，大多處于微米級甚至納米級，毛細管力引起的自發滲吸現象比常規儲層更為明顯，對儲層產生的影響更大;其次，低滲儲層的吸水能力取決于巖性、地層以及人工注入的液體類型，需要進行大量自吸實驗研究致密性儲層與人工注入液體的相互作用；同時低滲儲層的非均質性較強，尤其是在頁巖氣鉆井過程中，需要對不同地層或同一地層不同位置的頁巖進行多次取樣評價。
[0003]目前，國內外對于頁巖的自發滲吸研究主要集中在實驗室環境中，在常溫常壓下，通過測量頁巖對液體的吸入量開展研究。但是在現場作業過程中，頁巖是在地下幾千米處跟壓裂液接觸，此過程發生的具體環境是高溫高壓，可見現有的研究并不能真實地模擬頁巖的滲吸過程。因此，急需開發一種用于頁巖的自發滲吸測量方法。
【發明內容】
[0004]為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種用于頁巖的自發滲吸測量方法，其按照先后順序包括以下步驟:
步驟一:將巖芯放入巖芯夾持器中，連接測量裝置的管線并檢查密封性；
步驟二:關閉或打開巖芯夾持器頂部的控制閥，同時打開巖芯夾持器底部的控制閥；步驟三:向刻度管中注入水，水流經巖芯夾持器底部的管線后到達巖芯夾持器底部的控制閥；
步驟四:當巖芯夾持器底部的控制閥出水時，關閉該控制閥；
步驟五:通過圍壓栗對巖芯施加圍壓，巖芯吸水，刻度管液面下降，計量巖芯吸水體積，并轉化為巖芯吸水質量隨時間的變化關系。
[0005]優選的是，在完成所述步驟一后，啟動加熱裝置，設置加熱溫度和加熱時間，對巖芯施加高溫環境。
[0006]本發明的測量方法，可模擬高溫高壓的條件下頁巖自發滲吸過程，與實際環境更接近，所測得的實驗室結果更具有代表性。
[0007]在上述任一方案中優選的是，所述測量裝置為用于頁巖的自發滲吸測量裝置。
[0008]在上述任一方案中優選的是，所述用于頁巖的自發滲吸測量裝置，包括圍壓栗、巖芯夾持器、管線、刻度管、控制閥I和控制閥Π，所述圍壓栗通過管線I與所述巖芯夾持器連接，所述刻度管通過管線Π與所述巖芯夾持器的底部連接，所述控制閥I通過管線m與所述巖芯夾持器的底部連接，所述控制閥Π通過管線IV與所述巖芯夾持器的頂部連接。
[0009]通過巖芯夾持器底部的控制閥I判斷巖芯底部與水是否接觸。控制閥I與巖芯底面在同一水平線上。控制閥I出水的那一刻，巖芯底面與水剛好接觸，此時關閉控制閥I，同時施加圍壓，并開始計量。實驗開始時，刻度管和管線Π內充滿水，巖芯底面與水接觸，在施加圍壓的條件下，巖芯吸水，從而導致刻度管中的液面下降，通過計量刻度管中液面的下降得出巖芯的吸水量。
[0010]通過巖芯夾持器頂部的控制閥Π，可實現同向驅替或混合驅替與逆向驅替的自由切換。當打開控制閥Π時，巖芯夾持器內部環境與外界環境相通，此時得到的結果為同向驅替或同向與逆向混合驅替的結果；當關閉控制閥π時，巖芯夾持器處于密封狀態，此時得到的結果為逆向驅替的結果。
[0011]在上述任一方案中優選的是，還包括控制面板，所述控制面板與水平面垂直。
[0012]在上述任一方案中優選的是，所述控制面板的前方設置所述巖芯夾持器、刻度管、控制閥I和控制閥Π。
[0013]在上述任一方案中優選的是，所述控制面板的后方設置所述管線、管線1、管線Π、管線m和管線IV。
[0014]本發明通過控制面板將測量裝置中用到的所有管線遮擋在控制面板的后方，管線在控制面板的后方布置，既可以使測量裝置整齊美觀，又可以確保各條管線暢通，避免出現異常情況。
[0015]在上述任一方案中優選的是，所述圍壓栗與所述巖芯夾持器之間設置圍壓顯示器。圍壓栗包括氣罐和手動加壓設備。將巖芯放置于巖芯夾持器中，通過圍壓栗加壓，為巖芯夾持器中的巖芯創造適宜的高壓環境。圍壓顯示器用于讀取和幫助控制圍壓的大小。
[0016]在上述任一方案中優選的是，所述刻度管的底部連接壓力表。
[0017]在上述任一方案中優選的是，所述刻度管的底部設置壓力傳感器。通過壓力傳感器，將刻度管中水柱的下降轉化為壓力的變化，并且壓力傳感器與計算機連接，通過編寫軟件將其轉化為巖芯吸水量的變化，自動計量。為防止刻度管中的水蒸發，需在液柱上方滴幾滴煤油。刻度管與壓力傳感器采用活動連接的方式，從而可根據巖芯不同導致的吸水量不同來切換合適量程的刻度管。當測量時間較短時，可利用壓力傳感器進行計算機計量；當測量時間長達幾個月甚至一年以上時，可采用人工讀取刻度管的刻度進行計量。根據實際情況靈活選擇不同的計量方式。
[0018]在上述任一方案中優選的是，所述巖芯夾持器與巖芯之間設置膠套。所述膠套選擇耐高溫高壓的材料制成。
[0019]在上述任一方案中優選的是，所述巖芯夾持器的底部設置柱塞I，所述巖芯夾持器的頂部設置柱塞Π。
[0020]在上述任一方案中優選的是，所述柱塞I的內部設置水槽I和水槽Π，所述水槽I和所述水槽Π為同心圓環，所述水槽I與所述水槽Π之間設置連通槽。通過在柱塞I內設置水槽和連通槽，確保巖芯底面與水充分接觸，進而確保實驗數據更加真實可靠。
[0021]在上述任一方案中優選的是，所述水槽I上設置進水口 I和進水口 Π，所述進水口 I和所述進水口 Π在同一直徑上。
[0022]在上述任一方案中優選的是，所述進水口I與所述管線Π連通，所述進水口 Π與所述管線m連通。
[0023]本發明的上述任一種測量裝置，通過圍壓栗對巖芯施加圍壓，為巖芯提供高壓環境。使用該測量裝置，需要將巖芯清洗干凈后放入烘干箱內烘干，烘干溫度為105°C，烘干時間視巖芯大小而定，通常烘干至巖芯質量保持恒定，然后將巖芯放入巖芯夾持器內。
[0024]在上述任一方案中優選的是，還包括加熱裝置。采用加熱裝置后，在將巖芯放入巖芯夾持器之前，仍需對巖芯進行烘干。將烘干后的巖芯放入加熱裝置中的巖芯夾持器內，然后將加熱裝置升到一定溫度后保溫，為巖芯的自發滲吸提供高溫環境，待加熱裝置的溫度穩定后施加圍壓，為巖芯的自發滲吸提供高壓環境。
[0025]在上述任一方案中優選的是，所述加熱裝置的內部放置巖芯夾持器、巖芯、膠套、
柱塞I和柱塞Π。
[0026]在上述任一方案中優選的是，所述加熱裝置的頂部設置通孔I，所述通孔I內穿過管線IV。
[0027]在上述任一方案中優選的是，所述加熱裝置的底部設置通孔π和通孔m，所述通孔π和所述通孔m內分別穿過管線管線π和管線m。
[0028]在上述任一方案中優選的是，所述加熱裝置與電源連接。
[0029]在上述任一方案中優選的是，所述加熱裝置的外部設置開關、溫度控制儀表和時間控制儀表。
[0030]本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法及其裝置，操作方便，結構簡單，節省成本，可模擬高溫高壓的環境，使模擬過程更符合實際情況，測得的結果也更加真實可靠。
【附圖說明】
[0031]圖1為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的一優選實施例的工藝流程圖；
圖2為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的圖1所示實施例中測量裝置的結構示意圖；
圖3為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的圖1所示實施例中測量裝置的巖芯夾持器內部及柱塞I的結構示意圖；
圖4為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的圖1所示實施例中測量裝置的柱塞I的俯視圖；
圖5為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的圖1所示實施例的高壓環境下巖芯自發吸水質量隨時間的變化關系；
圖6為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的另一優選實施例的工藝流程圖；圖7為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的圖6所示實施例中測量裝置的結構示意圖；
圖8為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的圖6所示實施例中加熱裝置的結構示意圖；
圖9為按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量裝置的圖6所示實施例的高溫高壓環境下巖芯自發吸水質量隨時間的變化關系。
[0032]圖中標注說明:1_圍壓栗，2-巖芯夾持器，3-刻度管，4-控制閥I，5_控制閥Π，6_管線I，7_管線Π，8_管線m，9-管線IV，10-控制面板，11-圍壓顯示器，12-壓力表，13-壓力傳感器，14-巖芯，15-膠套，16-柱塞I，17-柱塞Π，18-水槽I，19-水槽Π，20-連通槽，21-進水口 1，22_進水口 Π，23-加熱裝置，24-通孔I，25-通孔Π，26-通孔ΙΠ，27-電源，28-開關，29-溫度控制儀表，30-時間控制儀表。
【具體實施方式】
[0033]為了更進一步了解本發明的
【發明內容】
，下面將結合具體實施例詳細闡述本發明。
[0034]實施例一:
本實施例對致密性儲層的巖芯進行高壓環境下的自發滲吸實驗，流體為蒸餾水，圓柱形巖芯的直徑為2.5cm、高度為3.0cm，氣測孔隙度為9.5%，氣測滲透率為0.013md，粘土礦物總量為31.2%，其中綠泥石的含量為97%，含有少量伊利石。本實施例測得巖芯在高壓環境下的吸水量隨時間的變化情況。
[0035]如圖1所示，按照本發明的用于頁巖的自發滲吸測量方法的一實施例，其按照先后順序包括以下步驟:
步驟一:將巖芯放入巖芯夾持器中，連接測量裝置的管線并檢查密封性；
步驟二:關閉巖芯夾持器頂部的控制閥，同時打開巖芯夾持器底部的控制閥；
步驟三:向刻度管中注入水，水流經巖芯夾持器底部的管線后到達巖芯夾持器底部的控制閥；
步驟四:當巖芯夾持器底部的控制閥出水時，關閉該控制閥；