低滲透巖心滲透率測(cè)試方法總結(jié)

1、低滲巖心滲透率的測(cè)試方法：1、穩(wěn)態(tài)法2、脈沖衰減法3、周期振蕩法一、 穩(wěn)態(tài)法測(cè)量滲透率1、 測(cè)試原理根據(jù)達(dá)西定律 Q / S=-kP/L式中；Q 為流量(m3/s)；S 為樣品橫截面積(m2)；L為樣品長度（m）； 為流體黏滯系數(shù)(Pas)；k 為滲透率（m2）；P 為樣品上、下游的壓力差（Pa）。在巖樣的上、下游端施加穩(wěn)定的壓力差P，通過測(cè)量流經(jīng)樣品的流量Q 得到滲透率，或者保持恒定的流量Q 而測(cè)量上、下游端的壓力差P 而得到滲透率。2、 適用條件達(dá)西定律定壓法測(cè)滲透率適用的條件之一是測(cè)試介質(zhì)在巖石孔隙中的滲流需達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)于中高滲巖樣來說$達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間較短，因而測(cè)試時(shí)間較短但是

2、對(duì)于低滲巖樣達(dá)西實(shí)驗(yàn)裝置提供的較小壓差達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)間長伴隨長時(shí)間平衡過程帶來的是環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響增大3、 實(shí)驗(yàn)裝備1） 定壓法石油工業(yè)所熟知的達(dá)西實(shí)驗(yàn)原理即是采用的定壓法室內(nèi)常用定壓法測(cè)滲透率裝置簡(jiǎn)圖2）定流量法定流量法是通過提供穩(wěn)定流量監(jiān)測(cè)巖樣兩端壓力變化因?yàn)楦呔葔毫ΡO(jiān)測(cè)比流量計(jì)量更準(zhǔn)確因而測(cè)量也更精確定流量法測(cè)試滲透率裝置簡(jiǎn)圖4、 優(yōu)缺點(diǎn)此法對(duì)于滲透率大于1010-3m中高滲透率的儲(chǔ)層巖石，測(cè)試結(jié)果較為準(zhǔn)確，但是若為了保證精度，對(duì)設(shè)備裝置的要求就很高，并且在測(cè)量時(shí)需要很長的流速穩(wěn)定時(shí)間。二、 脈沖衰減法1、 測(cè)試原理及裝置圖解與常規(guī)穩(wěn)態(tài)法滲透率測(cè)試原理不同，脈沖衰減法是基于一維

3、非穩(wěn)態(tài)滲流理論，通過測(cè)試巖樣一維非穩(wěn)態(tài)滲流過程中孔隙壓力隨時(shí)間的衰減數(shù)據(jù)，并結(jié)合相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)滲流方程的精確解答和合適的誤差控制簡(jiǎn)化，就可以獲得測(cè)試巖樣的脈沖滲透率計(jì)算模型和方法。1）瞬態(tài)壓力脈沖法：瞬態(tài)壓力脈沖法最早在測(cè)量花崗巖滲透系數(shù)時(shí)提出其原理并給出其近似解在測(cè)試樣兩端各有一個(gè)封閉的容器，測(cè)試時(shí)待上下容器和巖樣內(nèi)部壓力平衡后，給上端容器一個(gè)壓力脈沖。然后上部容器壓力將慢慢降低，下部容器壓力慢慢增加，監(jiān)測(cè)兩端壓力隨時(shí)間變化情況，直至容器內(nèi)達(dá)到新的壓力平衡狀態(tài)。瞬態(tài)壓力脈沖法原理圖通過上下游壓力衰減曲線可求得測(cè)試樣滲透率。W F Brace給出了計(jì)算滲透率的近似解析解： p(t)Pi=e

4、-t (1) =kAwCwL(1Vu+1Vd) (2)式中p(t)巖樣兩端壓差實(shí)測(cè)值；Pi初始脈沖壓力；衰減曲線斜率；Vu、Vd上下游容積體積瞬態(tài)壓力脈沖法在非穩(wěn)態(tài)下測(cè)量滲透率，較傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)法所需測(cè)試時(shí)間大大縮短，而且高精度的壓力計(jì)量要比傳統(tǒng)流體計(jì)量更準(zhǔn)確，因而測(cè)試結(jié)果也更精確。目前此方法已廣泛應(yīng)用于致密低滲巖樣的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中。但是W F Brace 在測(cè)量花崗巖滲透率求解過程中是假定巖樣孔隙度為零，這在計(jì)算致密孔巖樣時(shí)有一定的合理性，但在計(jì)算頁巖等孔隙度相對(duì)不能忽略的巖樣時(shí)其誤差較大，后繼研究者在求解方法上做了很多研究，提出了精確的解析解和圖解法。A I Dicker等詳細(xì)討論了上下端容器體積對(duì)

5、測(cè)量過程的影響，S C Jones提出的滲透率測(cè)量裝置下限達(dá)到0.01d目前基于此原理制備的PDP-200已有商業(yè)制品出售,在測(cè)量如頁巖氣等超低滲儲(chǔ)層巖心方面效果較好。S C Jones改進(jìn)瞬態(tài)壓力脈沖法裝置圖經(jīng)過四十多年的發(fā)展，壓力脈沖法在數(shù)據(jù)處理和測(cè)量裝置上不斷得到改善，在測(cè)量煤層氣(頁巖氣等低滲超低滲儲(chǔ)層滲透率方面，壓力脈沖法效果極好。目前國內(nèi)亦有廠家基于此原理研制滲透率測(cè)試裝置，但精度較之國外尚有較大差距!瞬態(tài)壓力脈沖法不適合測(cè)量滲透性高的巖石，因?yàn)閷?duì)于滲透性高的巖石，壓力脈沖平衡時(shí)間過快，測(cè)試時(shí)間太短，初始脈沖造成的壓力紊亂使得數(shù)據(jù)記錄過程中，尚未檢測(cè)出壓力衰減曲線中的穩(wěn)定壓力下降過

6、程，壓力已經(jīng)達(dá)到平衡。因此推薦測(cè)量滲透率在0.110-3m2以下的巖樣。2） 變?nèi)輭毫γ}沖法壓力脈沖法測(cè)滲透率實(shí)驗(yàn)，時(shí)間不宜過長也不宜太短，前者受設(shè)備密封、環(huán)境溫度、微生物滋擾影響較大，后者則受人為操作影響。傳統(tǒng)壓力脈沖法測(cè)量滲透率，由于巖樣上下端容器容積是固定的，因此對(duì)某一測(cè)量介質(zhì)，其壓縮儲(chǔ)容是固定的，這就限制了儀器的測(cè)量范圍。國內(nèi)學(xué)者王穎博士針對(duì)此情況研制了變?nèi)輭毫γ}沖法測(cè)滲透率裝置變?nèi)輭毫γ}沖法測(cè)滲透率裝置圖2、 適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)脈沖法技術(shù)適用于測(cè)量超低滲以下的巖樣，在測(cè)試高滲透巖樣時(shí)誤差很大，這限制了此方法的測(cè)試范圍，變?nèi)輭毫γ}沖法在實(shí)驗(yàn)原理上較好的解決了這一問題，已有按此原理制作的設(shè)

7、備，其測(cè)量范圍大7個(gè)數(shù)量級(jí)，商業(yè)制品尚未查到。三、 周期振蕩法近些年來，對(duì)超低滲透率測(cè)量出現(xiàn)了周期振蕩法，其測(cè)量下限可達(dá)10-10m 。周期振蕩法最早由Kranz等借鑒熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量而提出，被運(yùn)用到測(cè)量低滲巖石滲透率上。1、 測(cè)試原理Fischer等詳細(xì)闡述了周期振蕩法的理論背景，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)處理，將測(cè)試巖芯作為一個(gè)衰減與阻尼器。首先在巖芯的一端輸入一個(gè)振幅及頻率一致的正弦振蕩壓力波，穿過巖芯在另一端輸出一個(gè)振幅及相位發(fā)生衰減和延遲的同頻率正弦波，振幅衰減和相位延遲與巖石滲透率有關(guān)。正弦壓力波在巖芯中的傳播過程類似一維擴(kuò)散：2P2X=SKPt 式（1）式中：P 為孔隙壓力；k 為滲透率；為

8、流體的黏滯系數(shù)；s為巖芯-流體系統(tǒng)的比儲(chǔ)流率。式（5）的初始條件和邊界條件為 式（2）式中：x = 0 選擇在下游端面處；Sd為下游容器體積結(jié)合初始條件和邊界條件式（2）式（1）的解為 式（3）從式（3）可以看出，周期振蕩法可看成穩(wěn)態(tài)法和脈沖衰減法相結(jié)合的一種混和法。下游壓力對(duì)上游應(yīng)力的響應(yīng)由兩部分組成，既存在由于壓力突然變?yōu)檎也ǖ囊粋€(gè)瞬時(shí)響應(yīng)（也呈指數(shù)衰減），也存在一個(gè)穩(wěn)定的正弦周期引起的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)從方程（3）的前半部分看出，相對(duì)上游的壓力，下游的響應(yīng)會(huì)在幅值上發(fā)生衰減（衰減因子 ）和相位發(fā)生延遲 。通過測(cè)量上、下游幅值比 和相位延遲 即可計(jì)算樣品的滲透率。根據(jù) Fischer研究結(jié)論，上、

9、下游壓力幅值比 和相位延遲 可以表示為 2 個(gè)無量綱參數(shù) 和 的函數(shù)： 式（4）式中： 式（5）式中： 、 為疊加過程中產(chǎn)生的 2 個(gè)無量綱值。由以上的各類參數(shù)得到的滲透率為 式（6）式中：T 為孔隙壓力的振蕩周期（s）。由以上方程，從實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的振幅比 和相位移 ，求出了 2 個(gè)無量綱值 和 ，并由式（6）可得滲透率 k。表1 三種方法在測(cè)量低滲透時(shí)的比較結(jié)論：1）巖石超低滲透率測(cè)量在核廢料儲(chǔ)藏，頁巖油氣、致密油氣開發(fā)等方面具有重要應(yīng)用價(jià)值，目前我國主要采用穩(wěn)態(tài)法和脈沖衰減法進(jìn)行超低滲透率測(cè)試，在測(cè)試精度、穩(wěn)定性和測(cè)試周期方面還存在不足，探索高精度超低滲透率的方法十分重要。2）相比穩(wěn)態(tài)法和脈沖衰減法，周期振蕩法具有穩(wěn)定性好、精度高、用時(shí)短的優(yōu)點(diǎn)。采用快速傅里葉變換（FFT）、互譜法等信號(hào)處理方法可提高數(shù)據(jù)信噪比，提高超低滲透率的測(cè)試精度和穩(wěn)定性。 3）周期振蕩法由于需要產(chǎn)生正弦變化的周期壓力波，因而對(duì)測(cè)量儀器的性能要求也高，代價(jià)比脈沖衰減法要大。目前存在