[发明专利]一种致密岩石气相相对渗透率测量装置及方法

权利要求书

1.一种致密岩石气相相对渗透率测量装置，其特征在于，包括：岩心夹持器(18)、围压泵(9)、可变体积上游压力室(20)、可变体积下游压力室(21)、高压气源(23)和控制台(22)；所述岩心夹持器(18)内装载有岩心，岩心夹持器(18)上设有温度计(15)；

所述高压气源(23)的出气口依次通过阀门a(1)、第一压力控制器(10)和阀门b(2)与可变体积上游压力室(20)的进口相连接，所述可变体积上游压力室(20)的出口通过阀门c(3)与岩心夹持器(18)的前端相连接；岩心夹持器(18)的后端通过阀门d(4)与可变体积下游压力室(21)的进口相连接，所述可变体积下游压力室(21)的出口通过阀门f(6)与泄压口(17)相连接；

可变体积上游压力室(20)和可变体积下游压力室(21)均可调节体积大小，并且可变体积上游压力室(20)体积大于可变体积下游压力室(21)；

岩心夹持器(18)的后端通过阀门e(5)与排水口(16)相连接；围压泵(9)的出口依次通过阀门g(7)和第二压力控制器(11)与岩心夹持器(18)的前端相连接；所述岩心夹持器(18)的前端与所述可变体积下游压力室(21)的进口之间设置有阀门h(8)；

用于监测可变体积上游压力室压力值的上游压力传感器P1(13)与控制台(22)电连接；用于监测可变体积下游压力室压力值的下游压力传感器P2(14)与控制台(22)电连接；所述可变体积上游压力室(20)的出口与所述可变体积下游压力室(21)的进口之间设置有压差传感器(12)，所述压差传感器(12)与控制台(22)电连接；所述温度计(15)与控制台(22)电连接，所述岩心夹持器(18)设置在核磁共振仪(19)的测量腔内部。

2.一种致密岩石气相相对渗透率测量方法，其特征在于，测量所基于的测量装置包括：岩心夹持器(18)、围压泵(9)、可变体积上游压力室(20)、可变体积下游压力室(21)、高压气源(23)和控制台(22)；所述岩心夹持器(18)内装载有岩心，岩心夹持器(18)上设有温度计(15)；

所述高压气源(23)的出气口依次通过阀门a(1)、第一压力控制器(10)和阀门b(2)与可变体积上游压力室(2 0)的进口相连接，所述可变体积上游压力室(20)的出口通过阀门c(3)与岩心夹持器(18)的前端相连接；岩心夹持器(18)的后端通过阀门d(4)与可变体积下游压力室(21)的进口相连接，所述可变体积下游压力室(21)的出口通过阀门f(6)与泄压口(17)相连接；

可变体积上游压力室20和可变体积下游压力室21均可调节体积大小，并且可变体积上游压力室20体积大于可变体积下游压力室21；

岩心夹持器(18)的后端通过阀门e(5)与排水口(16)相连接；围压泵(9)的出口依次通过阀门g(7)和第二压力控制器(11)与岩心夹持器(18)的前端相连接；

所述岩心夹持器(18)的前端与所述可变体积下游压力室(21)的进口之间设置有阀门h(8)；

用于监测可变体积上游压力室压力值的上游压力传感器P1(13)与控制台(22)电连接；用于监测可变体积下游压力室压力值的下游压力传感器P2(14)与控制台(22)电连接；所述可变体积上游压力室(20)的出口与所述可变体积下游压力室(21)的进口之间设置有压差传感器(12)，所述压差传感器(12)与控制台(22)电连接；所述温度计(15)与控制台(22)电连接；所述岩心夹持器(18)设置在核磁共振仪(19)的测量腔内部；

它包括以下步骤：

S1、将烘干的岩心放入岩心夹持器，打开阀门g(7)，用围压泵(9)对岩心施加设定的围压后，将可变体积上游压力室(20)和可变体积下游压力室(21)的体积调节为与岩样孔隙体积相匹配的值，打开阀门h(8)、阀门d(4)、阀门c(3)、阀门a(1)和阀门b(2)，关闭阀门e(5)和阀门f(6)，将系统内压力施加到设计值Pm，待系统稳定后，关闭阀门b(2)、阀门a(1)、阀门c(3)和阀门h(8)，使阀门d(4)保持打开的状态；

S2、打开阀门a(1)和阀门b(2)，对可变体积上游压力室(20)施加一个脉冲，当可变体积上游压力室压力上升并达到设定好的压力时，关闭阀门a(1)和阀门b(2)，待可变体积上游压力室压力稳定时，打开阀门c(3)，直到可变体积上游压力室压力和可变体积下游压力室压力均趋于稳定时，停止实验；

S3、控制台上的计算机通过数据采集卡采集得到可变体积上游压力室压力值P1、可变体积下游压力室压力值P2、上下游压力差△P和温度t，得出上下游压力差△P与时间的关系曲线，并计算出斜率α1；

根据公式1计算出：饱和水之前，内压Pm下的绝对渗透率kab：

其中，α1的量纲为s-1；μ是气体的粘度，量纲mPa·s；L是岩样长度，量纲cm；fz是与氮气性质相关的系数，无量纲；A是岩样的截面积，量纲cm2；Pm是孔隙压力，量纲MPa；V1是岩样上游的上游水箱和管线、阀门的总体积，量纲cm3；V2是岩样下游的水箱和管线、阀门的总体积，量纲cm3；kab是绝对渗透率；

S4、从岩心夹持器将岩心取出并饱和水后再将岩心放回岩心夹持器(18)内，开启核磁共振仪(19)检查岩心内含水体积是否达到饱和要求并实时观测岩心的含水饱和度，关闭阀门d(4)、阀门f(6)和阀门h(8)，参照该岩心的气水毛管压力曲线选取对应的驱替压差，打开阀门e(5)、阀门c(3)、阀门b(2)和阀门a(1)，用氮气驱替岩心内的水，当从核磁共振仪中观察到水饱和度达到预设值β％时，关闭阀门e(5)，打开阀门d(4)、阀门f(6)和阀门h(8)，重复步骤S1-S3，得出上下游压力差△P与时间的关系曲线，并计算出斜率α2；

根据公式2计算出：当岩心内水饱和度为β％时，内压Pm下的渗透率kap：

其中，α2的量纲为s-1；kap是表观渗透率；

根据公式3得出气体相对渗透率kr：

S5、继续用氮气驱替岩心中的水，重复S4，并根据公式1、公式2和公式3可得到不同水饱和度下的气体相渗透率。