[发明专利]一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统及方法

说明书

本发明提供了一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统及方法。该系统包括：夹持装置；第一参比腔，与用于供应高压气体的高压气源装置相连；第二参比腔，与第一参比腔相连并与样品腔相连；压力控制系统，用于使第一参比腔和第二参比腔内充入高压气体，并在第一参比腔和第二参比腔的压力保持不变后，使第一参比腔和第二参比腔内的高压气体进入样品腔，在预设时间后仅使第二参比腔内的高压气体进入样品腔；压差传感器，用于读取在预设时间后第二参比腔和样品腔作为一个整体与第一参比腔之间的压差值；数据处理系统，用于记录压差传感器读取的压差值随时间变化的压差衰减曲线，并对压差衰减曲线进行拟合计算获得岩心柱塞的径向渗透率。

技术领域

本发明涉及岩矿渗透率测量技术领域，特别是涉及一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统及方法。

背景技术

以致密气、煤层气和页岩气为代表的非常规天然气资源是当前世界各国天然气工业的重点勘探开发对象。渗透率和扩散系数是岩矿多孔介质的重要物性，它们定量表征了储层气体在岩矿孔隙中的运移能力，是进行储层评价的关键参数。非常规天然气藏的储层岩矿具有极低的孔隙度(通常小于10％)，其中，页岩和煤具有大量微、纳米孔隙，其基质渗透率低至纳达西量级，具有很高的测量分析难度。基于钻井取心获得的实际岩样进行渗透率(或扩散系数)的测量，是勘探流程中必不可少的环节，也是当前的技术难点。

目前低渗岩矿渗透率的测量方法主要是压力衰减法，被测样品类型包括机加工成形的岩心柱塞或人工致裂的岩心颗粒。其中，岩心柱塞样品压力衰减渗透率测试方法通常在样品的两个端面施加一个压差阶跃，通过其衰减速率反映气体沿岩心柱塞轴向的渗透率。然而，天然岩矿样品的渗透率具有显著的各向异性，单方向的渗透率测量不能完整表征各向异性材料的渗流阻力特性。完整表征这种各向异性渗透率张量，需要沿不同方向取心与测试，取样成本高、测试结果受取样的影响较大。

岩心柱塞样品径向渗透率的测量可以提供垂直于轴向的渗透率数据，当其与轴向渗透率测量结果相结合时，可以完整地表征岩矿样品渗流的各向异性特征。已有的压力衰减法径向渗透率测量技术，是利用压力传感器直接测量由样品吸气引起的夹持器环形空间的压力信号衰减特性。提高测量系统的压力曲线测量精度、降低系统温度波动提高径向渗透率测量精度的主要手段。现有技术方案的主要缺陷在于：

1)样品内部孔隙空间远远小于由夹持器环形空间和管路容积构成的死体积，样品吸气引发的夹持器环形空间压力衰减幅度很小，直接使用压力传感器进行测量时，对传感器精度要求极高。压力传感器的测量精度与其量程成正比(如测量精度为满量程的0.1％)，在测量的压力工况接近实际地下储层压力时，压力传感器量程高达20MPa，此时测量精度为20kPa，其无法区分20kPa以下的压力变化，因此，无法满足对夹持器环形空间压力衰减曲线的测量。

2)为了对岩心柱塞施加确定的轴向压力，通常需要在夹持器内设置一套油浴围压系统，在测量系统以外设置围压增压泵、循环泵等部件，由此增加了整体系统的复杂性和成本。

发明内容

本发明的一个目的是要提高压力衰减曲线的测量精度。

本发明的另一个目的是要降低整体系统的复杂性和成本。

特别地，本发明提供了一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统，包括：

夹持装置，具有用于放置岩心柱塞的样品腔以及用于夹持所述岩心柱塞的两个夹持端；

第一参比腔，其通过第一隔离阀与用于供应高压气体的高压气源装置相连；

第二参比腔，其通过自动平衡阀与所述第一参比腔相连，并通过第二隔离阀与所述样品腔相连；