仿电桥免测流量式岩心渗透率跨级测量方法及其装置

摘要

本发明公开了一种仿电桥免测流量式岩心渗透率跨级测量装置及其测量方法。其中，公开的测量装置需要四个岩心夹持器和一个压差计，且四个岩心夹持器和一个压差计仿照惠斯通电桥的方式通过多条导管和四个三通进行组装。公开的测量方法分为四步，第一步为两个比例臂上的岩心夹持器和比较臂上的岩心夹持器选取标准岩心；第二步进行驱替实验，包括组装测量装置，为岩心夹持器装岩心，加环压和压力泵打压；第三步调整比较臂上岩心夹持器内标准岩心的渗透率，使得压差计指针指零；第四步进行数据处理，将测量相关数据代入指定的数据公式计算待测岩心的渗透率。相对传统的测量岩心渗透率的稳态流方法，该技术无需测量流量亦可实现对岩心渗透率的测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种渗透率测量技术，特别是涉及一种仿电桥免测流量式岩心渗透率跨级测量装置和仿电桥免测流量式岩心渗透率跨级测量方法。 

背景技术

在传统的稳态流方法测量岩心渗透率实验中，流量的精确测量常常是个难点，尤其是在低渗、特低渗、致密岩心驱替实验过程中，或驱替环境比较苛刻时，流量的测量精度更加难以保证，甚至有时无法测量，从而导致岩心渗透率等参数的测量存在较大误差或无法测量。比如致密储层岩石渗透率的测定，其液体流量十分微小，对于渗透率为1×10^-3μm²的标准岩心,在驱替压力高达40MPa时,流量仅为0.8ml/min左右(假设液体为蒸馏水)；当岩心渗透率更低时，流量将更加微小，目前通用的流量计，如电磁流量计、涡轮流量计、质量流量计等，都因量程过大而无法应用。又比如高温高压下，尤其是高温的存在，使得岩心驱替过程中驱出流体存在气液两相,目前驱出流体多采用敞口小量筒直接计量，这样气相的捕获和计量就无法实现；另外在高温下，液体易挥发，因此液体的计量也误差较大。 

测量岩心渗透率的岩心驱替实验装置，比如FS-II型覆压孔渗测定仪，一般由单个岩心夹持器，以及压力泵、压力表和管阀件等组成，并且这些岩心驱替实验装置都包括计量系统，即包括各种流量计。 

岩心驱替实验的最终测量对象为渗透率，而流体流量只是中间测量物理量，由于目前相关流量测量问题难以解决，因此如何在避免测量流体流量的前提下实现对渗透率的测量，并能保证一定的测量精度，是本领域技术人员需要解决的问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩心渗透率测量装置，该装置无需测量流体流量就可实现对岩心渗透率的测量，并能保证一定的测量精度。在提供上述岩心渗透率测量装置的基础上，还提供一种岩心渗透率测量方法。 

本发明提供的仿电桥免测流量式岩心渗透率跨级测量装置包括一个用来往岩心夹持器中注入驱替液的压力泵，一个指示待测两点压强是否平衡的压差计，一个用来收集驱出流体的容器，四个岩心夹持器，四个三通和多条用来连接上述各部分的导管。其中四个岩心夹持器和一个压差计仿照惠斯通电桥方式通过三通和导管连接起来，处在两个比例臂上的岩心夹持器里面放置渗透率已知的标准岩心，比较臂上的岩心夹持器内的标准岩心的渗透率可调，测量臂上的岩心夹持器内用来放置待测岩心，压差计通过导管连接在“桥”上。压力泵通过导管与第二条对角线(非“桥”路)的一端相连，收集容器通过导管与第二条对角线的另一端相连。 

本发明还提供一种仿电桥免测流量式岩心渗透率跨级测量方法：首先根据待测岩心渗透率的估计值为两个比例臂上的岩心夹持器和比较臂上的岩心夹持器选取标准岩心；然后仿照惠斯通电桥组装测量装置，将四块岩心分别放在四个岩心夹持器中，并施加环压，开启压力泵打压，进行驱替实验，驱出流体流入收集容器；驱替过程中，不断调整比较臂上岩心夹持器内的标准岩心的渗透率，使得压差计指针指零，即待测两点压强达到平衡；最后将平衡时比较臂上岩心夹持器内的岩心渗透率，以及两个比例臂上岩心夹持器内的岩心渗透率代入公式计算得到待测岩心的渗透率。 

优选两个比例臂和比较臂上的三个岩心为渗透率测量精度较高的中渗砂岩，其渗透率大小范围为50～500×10^-3μm²。 

优选通过调节比较臂上岩心夹持器的围压来改变其内置岩心的渗透率。 

附图说明

图1是本发明仿电桥免测流量式岩心渗透率跨级测量装置的结构示意图；(见图1) 

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述： 

第一个实施例，假定三个标准岩心和待测岩心的几何形状及大小完全相同，并且四块岩心均为中渗砂 岩，其渗透率大小范围为50～500×10^-3μm²，进一步假设与测量臂平行的比例臂上岩心夹持器4中岩心的渗透率为K₁，与比较臂平行的比例臂上岩心夹持器5中岩心的渗透率为K₂，待测岩心的渗透率为K_X，压差计7指针指零时，比较臂上岩心夹持器9中岩心的渗透率为K₃。由达西定律可推导出四个岩心渗透率之间的关系为：K_X＝(K₂/K₁)K₃，该公式表明，在压差计7指针指零时，即压差计7两端压强达到平衡时，已知三个标准岩心的渗透率K₁、K₂、K₃就可计算出待测岩心的渗透率K_X。 

待测岩心渗透率K_X的具体测量过程如下： 

步骤1：选取渗透率相等(K₁＝K₂)的两块中渗砂岩作为两比例臂上岩心夹持器4、5中的标准岩心，选取渗透率大小和待测岩心渗透率K₃相当的中渗砂岩作为比较臂上岩心夹持器9中的标准岩心； 

步骤2：仿照惠斯通电桥的方式，利用多条导管2和四个三通3、6、8、11将四个岩心夹持器4、5、9、10和一个压差计7组合起来，进一步通过导管2将压差计7连接在“桥”上，将压力泵1与第二条对角线的一端相连，将收集容器12与第二条对角线的另一端相连，从而组建起仿电桥免测流量式岩心渗透率跨级测量装置，然后将四块岩心分别放在四个岩心夹持器4、5、9、10中，给四个岩心夹持器4、5、9、10加环压，开启压力泵1打压，进行驱替实验，驱出流体流入收集容器12； 

步骤3：不断调节比较臂上岩心夹持器9的围压，进而改变其内置岩心的渗透率，使得压差计7指针指零，即待测两点压强达到平衡； 

步骤4：将平衡时的比较臂上岩心夹持器9内的岩心渗透率K₃，以及两个比例臂上岩心夹持器4、5内的岩心渗透率K₁和K₂代入公式K_X＝(K₂/K₁)K₃，计算得到待测岩心的渗透率K_X。 

第二个实施例，除了假设待测岩心为低渗岩心(渗透率大小范围为10～50×10^-3μm²)外，其他假设与第一个实施例中相同。在压差计7指针指零时，四个岩心渗透率之间的关系K_X＝(K₂/K₁)K₃依然成立，此时测量待测岩心的渗透率K_X的具体过程和第一个实施例中相似，略有不同之处在于，步骤1中为两比例臂上岩心夹持器4、5中选取的中渗砂岩的渗透率不再相等，其两渗透率的比值K₂/K₁介于0.1～0.5之间，并进一步假设岩心夹持器9中的中渗砂岩的渗透率为100×10^-3μm²，将上述三块中渗砂岩的渗透率K₁、K₂和K₃代入公式K_X＝(K₂/K₁)K₃，则计算得到的待测岩心渗透率大小介于10～50×10^-3μm²之间，表明待测岩心为低渗岩心，从而说明了该技术可实现利用渗透率测量精度较高的中渗砂岩来测量低渗岩心的渗透率。 

进一步分析可知，当两比例臂上岩心夹持器4、5中选取的中渗砂岩的渗透率的比值K₂/K₁介于5～10之间时，通过公式K_X＝(K₂/K₁)K₃计算得到的待测岩心渗透率大小介于500～1000×10^-3μm²之间，为高渗透率岩心。 

总结可知，该技术可实现利用渗透率测量精度较高的中渗砂岩来测量低渗岩心和高渗岩心的渗透率，即可进行岩心渗透率的跨级测量。