[发明专利]一种超声波作用下基于液体压力脉冲的页岩渗透率测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及致密油气储层物性测量与评价领域，特别是一种超声波作用下基于液体压力脉冲的页岩渗透率测试装置及方法。

背景技术

上个世纪50、60年代，美国和前苏联率先开展了使用超声波技术提高油气储层渗透率的研究，并且证明了超声波能够促进油气渗流。此后，国内外一些学者先后对超声波作用下的多孔介质渗流行为进行了细致研究，发现超声波作用下砂岩和煤岩等多孔介质的渗透率有较为明显的改善。近年来，随着美国页岩气的开采取得了巨大成功，页岩气这种非常规油气资源在全球范围内受到了极大的关注。页岩储层由于其渗透率极低，开采过程中通常需要进行大规模的水力压裂来提高页岩气的采收率。水力压裂技术在成功提高页岩气产量的同时也带来了一些风险，如环境污染和能量消耗等。超声波作为一种低能量消耗、无污染的技术，若能成功应用在页岩气等致密油气藏开采中，将对我国资源开发有重要意义。

页岩储层岩性致密，页岩基块以纳米级孔隙为主，其渗透率通常小于0.01mD。目前，实验室在超声波作用下进行页岩渗透率测定的方法仍然以常规稳态驱替法为主，这种方法需要的压差极大、耗时极长，并且测试岩样会有损坏的风险。与之相比，使用压力脉冲法对页岩进行渗透率测试不仅要求的压差小，而且测试时间短，更加适合进行页岩等致密岩石的渗透率测试，然而尚且没有关于使用液体压力脉冲来测试超声波作用下的页岩渗透率的实验装置。

发明内容

本发明解决现有压力脉冲实验装置不能进行超声波作用下页岩岩心的渗透率测试，提供一种超声波作用下基于液体压力脉冲的页岩渗透率测试装置及方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种超声波作用下基于液体压力脉冲的页岩渗透率测试装置，它包括恒压恒流泵、真空泵、岩心夹持器、上游标准室和下游标准室，所述的上游标准室与岩心夹持器的进液端连通，下游标准室与岩心夹持器的出液端连通，上游标准室与岩心夹持器进液端之间的节点与下游标准室与岩心夹持器出液端的节点之间连接有平衡控制阀，上游标准室和下游标准室上均连接有压力传感器，下游标准室上还连接有排液阀；所述的恒压恒流泵的吸水口到上游标准室之间顺次连接有中间容器和岩心夹持器进液口控制阀，中间容器与排液阀连通，恒压恒流泵的排水口到上游标准室之间顺次连接有恒压恒流泵控制阀、上游标准室进液口控制阀；所述的真空泵与上游标准室进液口控制阀之间连接有真空泵控制阀；它还包括超声波发生器、超声波换能器和围压泵，超声波换能器设置于岩心夹持器的进液端内且与超声波发生器连接，所述的围压泵与岩心夹持器连通。

所述的中间容器、上游标准室、岩心夹持器和下游标准室构成一个闭合回路。

所述的压力传感器的精度为千分之一。

所述超声波换能器的频率为20～100kHZ，功率为30～250W，超声波换能器具有六档输出功率。

所述的装置在超声波作用下基于液体压力脉冲测试页岩渗透率的方法，它包括以下步骤：

S1、取测试岩心，在57～60℃下烘干8h；

S2、将测试岩心装入岩心夹持器内，关闭岩心夹持器进液口控制阀，并通入标准盐水标定上游标准室的容水度C₁；

S3、打开上游标准室进液口控制阀，关闭恒压恒流泵控制阀、平衡控制阀、真空泵控制阀和排液阀，通过围压泵向测试岩心施加8～10MPa的围压，随后打开真空泵控制阀并启动真空泵，通过真空泵对测试岩心、上游标准室和下游标准室抽真空，抽真空时间为12h；

S4、关闭真空泵控制阀，打开恒压恒流泵控制阀、上游标准室进液口控制阀、岩心夹持器进液口控制阀和排液阀，启动恒压恒流泵，通过恒压恒流泵将中间容器内的标准盐水经恒压恒流泵控制阀泵入上游标准室内，在水压下标准盐水顺次进入测试岩心和下游标准室中，使测试岩心充分饱和盐水24h；

S5、打开平衡控制阀，上游标准室和下游标准室相互连通，保证上游标准室和下游标准室的压力相同；

S6、关闭平衡控制阀，调节恒压恒流泵以在步骤S5的平衡压力基础上为上游标准室增加一个5～10％平衡压力值的脉冲压力，在压差作用下标准盐水通过测试岩心流入下游标准室，关闭上游标准室进液口控制阀，通过连接在上游标准室和下游标准室的压力传感器分别检测上游标准室和下游标准室内标准盐水压力随时间的变化，并每隔10s计算出上游标准室和下游标准室的压差Δp随时间t的变化；

S7、根据以下式计算超声波处理前的测试岩心基准渗透率k₁：