[发明专利]一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法，所述渗透率测量系统包括高压气源装置、参考腔、样品腔、入口压强检测装置、自动阀、球阀、压差检测装置及控制装置，参考腔与样品腔连通的管道上依次设置有自动阀和球阀；压差检测装置与自动阀并联；控制装置分别连接自动阀和压差检测装置；高压气源装置的输出管道与参考腔或者样品腔连通，高压气源装置的输出管道上设置有入口压强检测装置，入口压强检测装置与高压气源装置的管道上设置有气体排放口。通过设置高压气源装置与参考腔或样品腔连接，可控制参考腔与样品腔内部压强的变化，通过压差检测装置检测压强差，使得控制装置可准确获得压强变化曲线和待测岩石颗粒渗透率。

技术领域

本发明涉及岩石渗透率测量技术领域，特别是涉及一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法。

背景技术

随着科学技术不断进步，以致密气、煤层气和页岩气为代表的非常规天然气资源逐渐成为世界各国勘探开发的重点对象。这类天然气藏的主要特点是储层具有极低的渗透率，通常在1mD以下。其中煤层气和页岩气具有自生自储特征，天然气在储层基质中储存和运移的空间为微、纳米尺度的裂缝和孔隙，其孔隙率小于10％，基质渗透率低至1nD～1μD，属于超低渗多孔介质。对钻井取芯获得的低渗岩样进行渗透率测量，能够为储层评估和生产预报提供关键技术参数，对非常规天然气资源的勘探具有重要意义。

目前对低渗储层岩石的渗透率测量方法主要是压力衰减法。其实验原理是在试验系统中人为制造岩石孔隙和外部环境的压力差，使测试工质气体由外部环境流入岩石孔隙，引起外部环境的压力衰减。通过分析传感器记录的压力衰减曲线，反演获得页岩的渗透率信息。压力衰减法原理有不同的仪器实现形式。以页岩为例，美国石油协会(API)建议的标准实验系统以机加工的圆柱形岩心样品为实验对象，沿圆柱轴线方向造成压力差，进而导致轴向一维气体流动。这种实验系统的缺陷在于：1、由于圆柱页岩样品天然耦合了自然裂隙和基质孔隙，自然裂隙渗透率较高，不能解耦测得基质渗透率；2、实验系统中必须引入围压辅助系统，使系统复杂性增加，同时岩心夹持器设计和加工要求较高。

针对这些缺陷，有研究者提出了针对岩石颗粒样品的压力衰减法实验。这类测量实验的对象是来源于钻井屑或人工致裂的岩石颗粒，从样品的角度屏蔽了大尺度自然裂隙的影响。在实验中设法使岩石颗粒突然暴露在高压气体环境中，造成样品中的径向流动，引发气体环境的压力衰减，并用压力传感器进行记录。这种实验系统中不需要设置围压系统，系统的复杂程度也大幅降低。但系统设计中存在严重的共性问题，使测量结果的可信度较低：(1)为了复现岩石储层压力状况，实验中气体在高压状态下，因此选用的环境压力传感器量程通常在10MPa以上，而市面上常见的高压压力传感器的精度下限为0.08％，这意味着传感器的置信分辨率大约为8kPa。另一方面，由于岩石的孔隙率较低，孔隙绝对体积较小，如果不能很好地控制系统中气体环境体积和样品孔隙体积的比例，气体环境压力衰减的总量可能与置信分辨率处在同一量级，这使得压力衰减曲线的置信度较低。(2)如果过分地追求较小的环境/孔隙体积比，系统的比热容较低，环境温度波动的影响增大，系统的压力衰减过程受到温度波动的干扰增大，这也会使压力衰减曲线的置信度降低。

综上所述，基于岩石颗粒样品的压力衰减原理、以高压压力传感器为核心测量设备的实验系统，在实验精度方面具有本质性的缺陷，使得低渗岩石样品的渗透率测量值可信度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，可在储层压力条件下测量岩石的渗透率，并显著提高渗透率的测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，所述渗透率测量系统包括高压气源装置、参考腔、样品腔、入口压强检测装置、自动阀、球阀、压差检测装置及控制装置，其中，