[发明专利]一种三轴渗透率测试方法

权利要求书

1.一种三轴渗透率测试方法，其特征在于，所使用的试验装置包括：模型系统(1)、气体控制系统(2)、温度控制系统(3)、三轴加载系统(4)、抽真空系统(5)、气体样品采集系统(6)和电气控制及监控系统；

所述的模型系统(1)包括岩心夹持器(1.1)、上游参考缸(1.21)、下游参考缸(1.22)、应变测试仪(1.5)和多个控制气体流通的阀门，所述的岩心夹持器(1.1)样品室的入口与上游参考缸(1.21)入口连通、出口与下游参考缸(1.22)入口连通；所述的上游参考缸(1.21)的出口与下游参考缸(1.22)的出口连通，在上游参考缸(1.21)和下游参考缸(1.22)之间设有压差传感器(1.4)；岩样外圆面上设有若干应变片，应变片引线自岩心夹持器(1.1)的端部伸出并与应变测试仪(1.5)电信号连接；所述的上游参考缸(1.21)上连接有压力传感器一(1.31)，下游参考缸(1.22)上连接有压力传感器二(1.32)，岩心夹持器(1.1)样品室上连接有压力传感器三(1.33)；阀门一(1.61)设在上游参考缸(1.21)入口处管路上，阀门二(1.62)设在岩心夹持器(1.1)内样品室的入口处管路上，阀门三(1.63)设在样品室出口处管路上，阀门四(1.64)设在下游参考缸(1.22)入口处管路上，阀门五(1.65)设在上游参考缸(1.21)和下游参考缸(1.22)之间连通的管路上；

所述的气体控制系统(2)包括高压气瓶、减压阀、气体流量计二(2.32)、恒温水浴(2.5)、空压机(2.6)、气体增压泵(2.7)和多个控制气体流通的阀门，所述的高压气瓶包括氦气高压气瓶(2.11)、二氧化碳高压气瓶(2.12)和甲烷高压气瓶(2.13)，所述的减压阀包括减压阀一(2.21)、减压阀二(2.22)和减压阀三(2.23)；氦气高压气瓶(2.11)、二氧化碳高压气瓶(2.12)和甲烷高压气瓶(2.13)与气体增压泵(2.7)的进气口连接，连接管路穿过恒温水浴(2.5)；所述的减压阀一(2.21)、减压阀二(2.22)和减压阀三(2.23)分别设在氦气高压气瓶(2.11)、二氧化碳高压气瓶(2.12)和甲烷高压气瓶(2.13)出口处管路上，气体流量计二(2.32)设在三个减压阀和恒温水浴(2.5)之间的总管路上；所述的空压机(2.6)和气体增压 泵(2.7)连接，气体增压泵(2.7)的出气口与岩心夹持器(1.1)样品室入口和上游参考缸(1.21)入口连接；阀门六(2.81)、阀门七(2.82)和阀门八(2.83)分别设在氦气高压气瓶(2.11)、二氧化碳高压气瓶(2.12)和甲烷高压气瓶(2.13)出口处，阀门十(2.85)和阀门十三(2.88)分别设在气体流量计二(2.32)进口和出口处管路上，阀门十六(2.91)设在气体增压泵(2.7)出气口与模型系统(1)连接的总管路上，阀门十五(2.90)设在气体增压泵(2.7)出气口与大气连通的管路上；

所述的温度控制系统(3)包括包裹岩心夹持器(1.1)、上游参考缸(1.21)和下游参考缸(1.22)的电加热套，电加热套内设有温度传感器；

所述的三轴加载系统(4)包括液压伺服仪(4.1)和环压跟踪泵(4.2)，所述的液压伺服仪(4.1)通过管路与岩心夹持器(1.1)上端的压头连接，连接管路上设有压力传感器五(4.32)；环压跟踪泵(4.2)通过管路与岩心夹持器的环形空间连通，连接管路上设有压力传感器四(4.31)；

所述的气体样品采集系统(6)包括气相色谱仪(6.1)、气体流量计五(6.22)、气液分离器(6.4)、背压阀(6.5)、压力传感器六(6.6)及多个控制气体流通的阀门，所述的岩心夹持器(1.1)的样品室的出口通过管路与气相色谱仪(6.1)连接，连接管路上从岩心夹持器(1.1)向气相色谱仪(6.1)的方向上依次设有所述的压力传感器六(6.6)、背压阀(6.5)、气液分离器(6.4)和气体流量计五(6.22)；阀门十九(6.71)设在气相色谱仪(6.1)入口处管路上，阀门二十四(6.76)和阀门二十一(6.73)分别设在气体流量计五(6.22)入口和出口管路上，阀门二十六(6.78)设在气液分离器(6.4)的底部；

所述的抽真空系统(5)包括真空泵(5.1)，所述的真空泵(5.1)与气体流量计五(6.22)和气相色谱仪(6.1)之间的管路连通，连通管路上设有阀门十七(5.21)；真空泵(5.1)还与上游参考缸(1.21)和下游参考缸(1.22)之间的管路连通，连通管路上设有阀门十八(5.22)；

所述的电气控制及监控系统，包括工控机、显示器及变送仪表、高速摄像机、继电保护和报警电路以及电气控制电路、配电电路及控制软件；

具体步骤如下：

a)试样装罐：对岩样进行平衡水分或平衡油分处理；接通模型系统(1)、气体控制系统(2)、温度控制系统(3)、三轴加载系统(4)、抽真空系统(5)、气体样品采集系统(6)和电气控制及监控系统的管路和线路；打开岩心夹持器(1.1)，将用游标卡尺测量过的岩样放入岩心夹持器(1.1)的样品室内，放入前，在岩样上放置应变片，放置好后，将密封好的岩心夹持器(1.1)放置在温度控制系统(3)内的电加热套内；

b)气密性检查：由环压跟踪泵(4.2)对岩心夹持器(1.1)加围压至2MPa；打开除阀门七(2.82)、阀门八(2.83)和阀门十五(2.90)之外的所有阀门，向试验装置内注入高纯氦气，将装置内部的空气替换出去；关闭所有阀门，打开除阀门六(2.81)、阀门七(2.82)、阀门八(2.83)和阀门十五(2.90)外的所有阀门，启用真空泵(5.1)对装置进行抽真空；关闭所有阀门，运行控制软件，对岩心夹持器(1.1)加热至试验温度；打开阀门六(2.81)、阀门十(2.85)、阀门十三(2.88)、阀门十六(2.91)和阀门一(1.61)，向上游参考缸(1.21)内注入高纯氦气，使上游参考缸(1.21)内的压力高于试验最高压力1MPa，关闭阀门十六(2.91)，打开阀门二(1.62)，使上游参考缸(1.21)和岩心夹持器(1.1)的样品室之间压力平衡，同时增加围压和轴压，保证注入压力和围压、轴压同时升高至试验要求压力，关闭阀门一(1.61)；打开阀门十六(2.91)、阀门三(1.63)和阀门四(1.64)，向下游参考缸(1.22)内注入高纯氦气，使下游参考缸(1.22)内的压力高于试验最高压力1MPa，关闭阀门十六(2.91)，使下游参考缸(1.22)和岩心夹持器(1.1)的样品室之间压力平衡，同时增加围压和轴压，保证注入压力和围压、轴压同时升高至试验要求压力，关闭阀门二(1.62)、阀门三(1.63)和阀门四(1.64)；采集上游参考缸(1.21)、下游参考缸(1.22)和岩心夹持器内的压力数据，观察压力是否平稳；若压力平稳，将装置内的气体泄放掉，同时卸掉围压，若压力不平稳，重复步骤a)；

c)进行渗透率测试：

①由环压跟踪泵(4.2)向岩心夹持器(1.1)加围压至2MPa，打开除阀门六(2.81)、阀门七(2.82)、阀门八(2.83)和阀门十五(2.90)外的所有阀门，启用真空泵(5.1)对装置进行抽真空；运行控制软件，打开阀门八(2.83)，向装置内注入少量纯度为99.99％的高纯甲烷，清洗管路；再抽真空，注入甲烷清洗管路，重复3-5次，确保装置内的氦气清洗干净；

②关闭所有阀门，设置并调节温度控制系统的温度，使岩心夹持器(1.1)的温度稳定在试验设计温度；

③打开阀门十(2.85)、阀门十三(2.88)、阀门十六(2.91)、阀门二(1.62)、阀门三(1.63)、阀门四(1.64)，再打开阀门八(2.83)或阀门七(2.82)或阀门六(2.81)，向下游参考缸(1.22)内注入甲烷或CO₂或氦气，使其压力达到试验设计压力，关闭阀门十六(2.91)和阀门二(1.62)，使下游参考缸(1.22)和岩心夹持器(1.1)样品室二者压力平衡，同时增加围压和轴压；

④停止注入气体，待岩心夹持器(1.1)内的压力和围压、轴压稳定；若岩心夹持器(1.1)内的压力下降，重复步骤③，直至岩心夹持器(1.1)样品室内的压力及围压、轴压稳定在试验设计压力；

⑤打开阀门十六(2.91)和阀门一(1.61)，向上游参考缸(1.21)内注入甲烷或CO₂或氦气，使其内的气体注入压力高于岩心夹持器(1.1)和下游参考缸(1.22)内的气体压力，使其达到试验设计入口压力；

⑥关闭阀门十六(2.91)，停止注入气体，打开阀门二(1.62)，使上游参考缸(1.21)、岩心夹持器(1.1)样品室和下游参考缸(1.22)之间连通；

⑦启动控制软件采集时间、岩心夹持器(1.1)样品室内的压力、温度、应力-应变、两个参考缸内的压力及压差等相关数据，并形成数据文件；按照下式计算岩样的渗透率值：

式中，K为测试渗透率，md；c为岩样孔隙中流体压缩系数，1/MPa；μ为流体粘度，mPs·s；为岩样孔隙度；L为岩样长度，m；s为上、下游参考缸压差△p与时间t在半对数坐标中的斜率；a、b分别为岩样孔隙体积与上、下游参考缸容积的比值，当a＝b＝1时，f(a,b)＝1.71；

d)试验系统清理：试验结束后，打开除阀门六(2.81)、阀门七(2.82)和阀门八(2.83)之外的所有阀门，对装置内的气体进行泄放，同时将岩心夹持器(1.1)内的围压及轴压卸掉；解除管路及线路连接，冷却降温；取出岩心夹持器(1.1)样品室内的岩样，将装置的各元件归类放好。