[发明专利]压力脉冲测量装置及利用其测量基质和裂缝渗透率的方法

权利要求书

1.一种压力脉冲测量装置，其特征在于：包括通过密封管线依次连接的气瓶（1）、压力调节阀（2）、气动阀Ⅰ（3）、气动阀Ⅱ（5）、压力传感器Ⅱ（6）、气动阀Ⅲ（7）、压力传感器Ⅲ（8），还包括连接在压力传感器Ⅱ（6）和压力传感器Ⅲ（8）之间的岩心夹持器（9）、环压阀（12）、环压泵（11），所述环压阀（12）控制环压泵（11）和岩心夹持器（9）的连通，所述压力传感器Ⅱ（6）和压力传感器Ⅲ（8）测量岩心夹持器（9）两端压力。

2.如权利要求1所述的压力脉冲测量装置，其特征在于：还包括连接在气动阀Ⅰ（3）和气动阀Ⅱ（5）之间的压力传感器Ⅰ（4）、手动阀（13）和标准室（14），所述手动阀（13）控制压力传感器Ⅰ（4）和标准室（14）的连通。

3.如权利要求1所述的压力脉冲测量装置，其特征在于：还包括连接在岩心夹持器（9）和环压阀（12）之间的温度传感器（10）。

4.利用权利要求1至3中任一所述的压力脉冲测量装置测量基质和裂缝渗透率的方法，其特征在于：包括如下步骤：

在恒温条件下通过所述环压泵（11）提供压力使所述岩心夹持器（9）对岩心柱塞样（12）加环压p_h；

开启所述气动阀Ⅰ（3）、气动阀Ⅱ（5）、气动阀Ⅲ（7），调节所述压力调节阀（2）为p₁稳定；

关闭所述气动阀Ⅱ（5）、气动阀Ⅲ（7）；

调节所述压力调节阀（2）为p₁’稳定，关闭所述气动阀Ⅰ（3）；

瞬间打开所述气动阀Ⅱ（5），施加脉冲压力，通过所述压力传感器Ⅱ（6）、压力传感器Ⅲ（8）采集所述岩心夹持器（9）进口端和出口端的压力，直至两端压力平衡；

两端压力平衡后，所述压力传感器Ⅱ（6）、压力传感器Ⅲ（8）继续采集压力值直到无压降发生；

将所述压力传感器Ⅱ（6）、压力传感器Ⅲ（8）记录的压力、时间无因次化并绘制压力-时间关系的实测曲线，根据理论计算的所述岩心夹持器（9）进口端和出口端的无因次压力和无因次时间绘制理论曲线，将实测曲线与理论曲线做对比，拟合好的渗透率就是该岩心样品的对应的基质渗透率k_m和裂缝渗透率k_f。

5.如权利要求4所述的测量基质和裂缝渗透率的方法，其特征在于：所述实测曲线通过如下方法绘制：

用拟压力形式表示其中μ是气体粘度，单位是mPa·s，Z为气体偏差因子，单位是1，p为压力传感器Ⅱ（6）或Ⅲ（8）记录的实测气体压力，单位为MPa，p₀为压力传感器Ⅱ（6）或Ⅲ（8）记录的起始压力，单位为MPa；

通过公式将所述拟压力无因次化为无因次压力；

通过公式将传感器记录的时间t无因次化为无因次时间，式中，所述代表t时刻岩心夹持器(9)出口端或进口端的无因次压力值，所述代表0时刻岩心夹持器(9)出口端或进口端的拟压力值，所述是指在没加脉冲压力前岩心夹持器(9)夹持的岩心柱塞样（12）的拟压力值，所述t_D是无因次时间，所述k_m是岩心柱塞样（12）基质渗透率，单位是mD，所述φ_m代表岩心柱塞样（12）基质的孔隙度，单位是1，所述μ_m是岩心柱塞样（12）基质的气体粘度，单位是mPa·s，所述C_g为气体体积压缩系数，数值上等于压力传感器Ⅱ（6）记录的压力平均值和压力传感器Ⅲ（8）记录的压力平均值之和的倒数，单位是MPa^-1，所述l为岩心柱塞样（12）的高，角标上D代表无因次量；所述岩心夹持器（9）进口端即岩心夹持器（9）靠近脉冲压力施加的一端，所述岩心夹持器（9）出口端即岩心夹持器（9）远离脉冲压力施加的一端。

根据所述无因次拟压力和无因次时间t_D绘制实测曲线。

6.如权利要求4所述的测量基质和裂缝渗透率的方法，其特征在于：所述理论曲线通过如下方法绘制：

①通过公式分别计算无因次基质压力无因次裂缝压力

公式一：

公式二：

上式中L1(xD,zD,tD)=Σn=1∞Σk=1∞(-1)k+nn2k+1e-[(k+1)2+n2]λπ2tDωξmcos(k+12)πzDsin(nπxD),]]>

L2(xD,zD,tD)=Σn=1∞Σk=1∞(-1)kn2k+1e-[(k+1)2+n2]λπ2tDωξmcos(k+12)πzDsin(nπxD),]]>

所述x_D代表岩心柱塞样（12）轴向上的无因次坐标，所述l为岩心柱塞样的高，所述z_D代表岩心柱塞样（12）径向上的无因次坐标，所述所述t_D代表无因次时间，k=1,2,3…∞，n=1,2,3…∞，所述角标f代表裂缝渗透率相关数值，所述角标m代表基质渗透率相关数值，所述角标u代表岩心夹持器（9）进口端，角标d代表岩心夹持器（9）出口端，*为卷积运算符，代表岩心夹持器（9）进口端无因次拟压力，代表岩心夹持器（9）出口端无因次拟压力；

②再将所述代入下面的积分-微分方程组Ⅰ

以上式中，ξf=μfCtf‾μ0Ct0‾,ξm=μmp0μ0pm,λ=kmhmkfhf,ω=φmp‾fhmφfp‾mhf,ξd=μd‾p0μ0pd‾,]]>γ=VdVu,η=(lhm)2,α=VfVu,]]>其中所述φ_m代表岩心柱塞样（12）基质的孔隙度，单位为1，所述φ_f代表岩心柱塞样（12）的裂缝孔隙度，单位为1，所述C_tf代表岩心柱塞样（12）的裂缝（13）中气体的体积压缩系数，单位为MPa^-1，所述C_t0代表未加脉冲压力前岩心柱塞样（12）基质中气体的体积压缩系数，单位为MPa^-1，所述p₀是未加脉冲压力前岩心夹持器（9）出口端的气体压力，单位为MPa，所述p_f是指岩心柱塞样（12）的裂缝（13）中气体的压力，单位为MPa，所述p_m是岩心柱塞样（12）基质中气体的压力，单位为MPa，所述p_d是岩心夹持器（9）出口端气体压力，单位为MPa，所述h_f是岩心柱塞样（12）的裂缝（13）的半长，所述h_m是岩心柱塞样（12）的半径减去裂缝（13）的半长，所述μ₀是未加脉冲压力前岩心柱塞样（12）中的气体的粘度，单位是mPa·s，所述μ_d是岩心夹持器（9）出口端气体粘度，单位是mPa·s，所述μ_m是岩心柱塞样（12）基质内气体粘度，单位是mPa·s，所述μ_f是岩心柱塞样（12）的裂缝（13）内的气体粘度，单位是mPa·s，所述x是圆柱体样品岩心高度方向上的坐标值，所述z代表样品岩心直径方向上的坐标值，l为岩心柱塞样（12）的高，所述V_f为岩心柱塞样（12）的裂缝（13）的体积，所述V_u岩心夹持器（9）进口端体积，所述V_d岩心夹持器（9）出口端体积；所述岩心夹持器（9）进口端体积即气动阀Ⅱ（5）到气动阀Ⅲ（7）之间管线的体积加上压力传感器Ⅱ（6）到岩心夹持器（9）进口端之间管线的体积，所述岩心夹持器出口端体积即所述气动阀Ⅲ（7）到所述压力传感器Ⅲ（8）之间管线的体积加上所述压力传感器Ⅲ（8）到所述岩心夹持器（9）出口端之间管线的体积；

将带有所述为变量的积分-微分方程组Ⅰ离散化，得到以下方程组：

其中，

k=1,2,3...M,j=1,2,3...L,λ=kmhmkfhf,]]>

把实验总共所需时间t代入公式所得到的无因次时间t_D值就是T，式中所述k_m是岩心柱塞样（12）基质渗透率，单位是mD，所述k_f为岩心柱塞样（12）的裂缝渗透率，单位是mD，所述h_f是岩心柱塞样（12）的裂缝（13）的半长，所述h_m是岩心柱塞样（12）的半径减去裂缝（13）的半长，所述φ_f代表岩心柱塞样（12）的裂缝孔隙度，单位为1，所述μ_f为岩心柱塞样（12）的裂缝（13）中的气体粘度，单位为mPa·s，所述C_gf为岩心柱塞样（12）的裂缝（13）中的体积压缩系数，单位为MPa^-1，所述T根据计算精度需要分成N个等份，t_Dⁱ代表第i个时间，而和分别代表第i个时间时和的值，所述M为根据计算精度需要将径向坐标轴上的岩心柱塞样（12）基质的无因次半径等分的份数，所述L为根据计算精度需要将轴向坐标上的岩心柱塞样（12）的无因次总长度等分的份数；

根据离散化的方程组求出对应的不同等份时间的理论的岩心夹持器（9）进口端压力岩心夹持器（9）出口端压力

根据所述t_Dⁱ、绘制理论曲线。