[发明专利]三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法

摘要

本发明公开了一种在三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法，属于岩石储体工程研究范畴。该方法利用上游和下游的电机伺服泵对三轴应力状态下的储层岩样施加孔隙压力，通过设定泵内流体压力并获取泵内流体体积数据可以获得该孔隙压力条件下的岩石孔隙体积的测试，同时通过注入泵和收集泵调节渗透压差后测试该压差下通过岩石的流量，从而得到该应力状态下的渗透率。本发明通过设置不同的围压条件、偏压条件以及岩样上端、下端的流体压力值，可同时测试储层岩石在不同应力及孔隙压力条件下的孔隙率和渗透率，为深部多孔岩石储层内流体类物质的开采和注入过程控制提供技术参数。

主权项

1.三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法，其特征在于，该测试方法按以下步骤进行：/n三轴应力和孔隙压力条件下渗流回路的耗损流体体积标定/na将直径50mm，高度100mm的标准圆柱钢样装入密封套管内，标准圆柱钢样上下端面均放置渗透垫片，将密封套管固定于三轴室内压头(1)与底座(2)之间，在压头(1)与底座(2)之间安装LVDT(3)，在密封套管中间安装横向变形计(4)，分别采集标准圆柱钢样加载过程中的轴向变形和横向变形数据；/nb三轴室底座(2)上的渗流通道入口(5)通过第一三通阀门(6)分别与入口电机伺服泵(7)和蓄水容器(8)用不锈钢管相连，入口电机伺服泵(7)再与蓄水容器(8)相连，其中，第一三通阀门(6)打开时，渗流通道入口(5)与入口电机伺服泵(7)连通，形成上游渗流回路；第一三通阀门(6)关闭时，渗流通道入口(5)与蓄水容器(8)连通，形成排液出口回路；/nc三轴室压头(1)上的渗透通道出口(9)通过第二三通阀门(10)和阀门(11)分别与出口电机伺服泵(12)、空气压缩机(13)和真空泵(14)用不锈钢管相连，出口电机伺服泵(12)再与蓄水容器(8)相连，其中，第二三通阀门(10)打开时，渗透通道出口(9)与出口电机伺服泵(12)连通，形成下游渗流回路；第二三通阀门(10)关闭时，渗透通道出口(9)与空气压缩机(13)连通，形成排液入口回路；/nd关闭第一三通阀门(6)和第二三通阀门(10)，启动空气压缩机(13)，待通道内流体排尽后，停止空气压缩机(13)，打开第一三通阀门(6)和第二三通阀门(10)，打开阀门(11)，启动真空泵(14)，对渗流回路抽真空10min以上，关闭阀门(11)，停止真空泵(14)；/ne启动入口电机伺服泵(7)和出口电机伺服泵(12)，并为其充水，充满水后，停止入口电机伺服泵(7)和出口电机伺服泵(12)，结束充水过程，记录两个电机伺服泵内初始流体体积和/nf打开围压阀门(15)，对标准圆柱岩石试样匀速缓慢施加围压到σ₃，待围压和变形恒定后，打开偏压阀门(16)，施加偏压到σ₃-σ₁；/ng设置入口电机伺服泵(7)和出口电机伺服泵(12)的压力值分别为P_in和P_out，同时启动两个电机伺服泵，当出口电机伺服泵(12)的流体体积读数开始明显增大，停止电机伺服泵，记录此时入口电机伺服泵(7)和出口电机伺服泵(12)内的流体体积和由此得到当前三轴应力和孔隙压力条件下渗流回路的耗损流体体积V_u：/n即/n三轴应力和孔隙压力条件下储层多孔岩石孔隙率与渗透率的同时测试/nh将标准圆柱钢样从密封套管内取出，换入直径D为50±1mm，高度H为100±2mm的标准圆柱岩石试样，标准圆柱岩石试样上下端面均放置渗透垫片，将密封套管固定于三轴室内压头(1)与底座(2)之间，在压头(1)与底座(2)之间安装LVDT(3)，在密封套管中间安装横向变形计(4)，分别采集标准圆柱岩石试样加载过程中的轴向变形和横向变形数据；/ni关闭第一三通阀门(6)和第二三通阀门(10)，启动空气压缩机(13)，待通道内流体排尽后，停止空气压缩机(13)，打开第一三通阀门(6)和第二三通阀门(10)，打开阀门(11)，启动真空泵(14)，对渗流回路抽真空10min以上，关闭阀门(11)，停止真空泵(14)，记录入口电机伺服泵(7)和出口电机伺服泵(12)的初始流体体积和/nj打开围压阀门(15)，对标准圆柱岩石试样匀速缓慢施加围压到σ₃，待围压和变形恒定后，打开偏压阀门(16)，施加偏压到σ₃-σ₁；/nk设置入口电机伺服泵(7)和出口电机伺服泵(12)的压力值分别为P_in和P_out，同时启动两个电机伺服泵，当出口电机伺服泵(12)的流体体积读数开始稳定增大时，渗流稳定，分别记录时间t₁和t₂时刻的入口电机伺服泵(7)和出口电机伺服泵(12)的泵内流体体积和由此得到：/n孔隙率/n其中，V_p为孔隙体积：/nV_u为上述耗损流体体积标定过程得到的该三轴应力和孔隙压力条件下渗流回路的耗损流体体积，/nV为标准圆柱岩石试样的体积：V＝πD²H/4，/n渗透率k＝v·μ·H/ΔP式三/n其中，v为流速：/nA为标准圆柱岩石试样的横截面积：A＝πD²/4，/nΔt为时间段：Δt＝t₂-t₁，/nμ为渗流流体粘滞系数，/nΔP为渗透压差：ΔP＝P_in-P_out。/n