[发明专利]三轴离心机装置

说明书

本发明提供了一种用于测试岩石物理性质和采集地质力学信息的三轴离心机装置以及使用该三轴离心机装置的方法。该三轴离心机装置包括三轴样品架、流体样品架、离心机、至少一个电传感器、至少一个声传感器和X射线仪。

技术领域

本发明总体涉及一种用于测试岩石物理性质和采集地质力学信息的三轴离心机装置。

背景技术

存在与用于储层样品测试和分析的方法、技术和仪器相关的许多限制。任何储层研究中的最基本步骤是样品制备。不正确的或无效的清洁做法会使样品处于天然(原始)状态，这会使测试和分析的所有努力化为徒劳。这个步骤最不利于样品分析，尤其是在非常规致密地层、气体页岩和双孔隙度的常规地层中。各种现有的清洁方法具有以下限制：难以实现适当的毛细压力，以有效地从测试样品中去除杂质，以便制备它们用于测试和分析。通过利用加热溶剂的强烈处理或高流量方法来克服这些问题的尝试都是无效的。在许多情况下，这种做法会改变测试样品的润湿性，从而使清洁测试样品的根本目的失败。各种已知样品复原技术所造成的润湿性和流体饱和度的这些人工改变会产生用于储层评价而收集的岩石物理数据的显著错误。在非常规(气体页岩)储层分析中，常规清洁程序很大程度上也是无效的，因为它们没有考虑到毛细效应。当形成储层时，烃迁移到储层岩石中来替代最初存在的水。这是毛细驱动机制，并且有必要在实验室研究中重新创建这种情况，以模拟储层形成过程。

样品复原后，样品随后可以进行各种岩石物理测试和分析。目前，可以在不同仪器上进行一系列测试，以获得储层表征和生产分析所需的各种岩石物理数据。通常情况下，使用几台仪器来进行电性能分析，以校准电测井、流体饱和度分析和阿尔奇参数分析。需要另一种装置来执行1000psi以上的毛细压力的分析，需要另一种装置来执行流体润湿性分析，需要另一种装置来产生用于动态力学性能的声速，以及还需要另一种装置来产生用于饱和度分布的X射线。目前，在本领域中还没有观察到能够在三轴条件下执行这些测试中的一些测试的仪器。

特别是对诸如致密含气砂岩、页岩、焦油砂和水合物等非常规气源的评估等而言，这种装置的需求是巨大的，因为本行业中的传统装置不能对这些地层执行充分的分析。

此外，现有的离心方法存在缺陷。现有离心机中所使用的样品架不能对样品施加三轴应力，因为这些样品通常在高于10000RMP的转速下失效。这种离心机设备可以获得的毛细压力并未高到足以复现在一些储层(特别是非常规的枯竭储层)中发现的条件。利用现有离心方法中的一些方法，饱和度的测量基于流体分化并且未将流体的实际分布并入到测试样品中。另外，通常用于保持测试样品的试验室不能处理在测试样品的生命周期期间所需的腐蚀性化学品中的大部分化学品(例如，溶剂、抑制剂、表面活性剂、提高石油采收率(EOR)的化学品和酸)。现有离心方法的另一个问题是：在整个测试中不能连续收集岩石电性能的必要测量值。另外，使用现有的离心方法，试样的取向及其距离心机轴的中心的距离较成问题。

在储层开采的每个阶段中，与流体饱和度、孔隙分布、毛细压力和渗透率相关的准确信息至关重要。在勘探阶段中，这些信息能够提供对原烃在位和最大初级产量的评估。在储层生命周期的后期阶段中，这些信息有助于确定各种二级和三级提高石油采收率的选项，特别是对于最具成本效益和盈利的情况而言。在井的废弃过程中，需要饱和度值来辅助设计适当的废弃方式，例如完全关闭或维修以用于未来可能的介入。

发明内容

在一个方面中，本发明提供了一种用于测试岩石物理性质和采集地质力学信息的三轴离心机装置。该三轴离心机装置包括三轴样品架、流体样品架、离心机、至少一个电传感器、至少一个声传感器和X射线仪。

在另一方面中，本发明提供了一种使用三轴离心机装置的方法。该方法包括从储层获取测试样品。然后，将测试样品装载到三轴样品架中。将三轴样品架装载到三轴测试套管中。对三轴测试套管施加轴向压力。增大三轴测试套管中的围压。使用于测试样品的压力、流度和温度平衡。将流体样品架装载到三轴测试套管中。对测试样品进行离心测试。执行测试样品的X射线扫描。执行测试样品的电分析。还执行测试样品的声学分析。