[发明专利]富有机质致密岩心气体渗透率和扩散系数的联测方法

摘要

本发明公开了富有机质致密岩心气体渗透率和扩散系数的联测方法，该方法利用气体压力衰减装置完成，该装置由岩心夹持器、储气腔室、真空泵、围压泵、计算机组成，岩心夹持器分别连接真空泵和围压泵，岩心的入口端连接储气腔室和气源，岩心出口端处于封闭状态，该装置位于水浴加热系统中，本发明通过监测储气腔室内的气体向岩心中流动直至平衡的过程，得到气体压力衰减曲线，再根据真实气体状态方程、物质平衡和气体在岩石中的赋存与流动机理，将该衰减曲线划分为渗流阶段和扩散阶段，从而求得气体渗透率和扩散系数。本发明简化了测试程序，提高了实验分析效率，可为页岩和煤岩等非常规储层岩石中气体传质能力的实验评价和气井产能预测等提供数据支撑。

主权项

1.富有机质致密岩心气体渗透率和扩散系数的联测方法，该方法利用气体压力衰减装置完成，其特征在于，所述气体压力衰减装置由岩心夹持器(6)、储气腔室(2)、真空泵(4)、围压泵(9)、计算机(10)组成，所述岩心夹持器(6)分别连接真空泵(4)和围压泵(9)，岩心夹持器内装有岩心(8)，岩心的入口端通过电磁阀(7)连接储气腔室(2)和气源(1)，岩心的出口端处于封闭状态，岩心夹持器、储气腔室均通过压力传感器(3)连接计算机(10)，该装置位于水浴加热系统(5)中，该方法依次包括以下步骤：步骤1、准备富有机质致密岩石的岩心，测量岩心的长度、直径和孔隙度；步骤2、将岩心(8)放入岩心夹持器(6)，并通过水浴加热系统(5)和围压泵(9)施加预定的温度和围压，通过真空泵(4)对岩心和相连管线持续抽真空；步骤3、保持系统温度和围压，通入氦气，采用波义耳定律校正储气腔室(2)的体积，得到储气腔室的总体积Vgc；步骤4、打开气源(1)和电磁阀(7)，通过储气腔室(2)向岩心(8)中注入一定压力的高纯甲烷，建立起岩心中的初始气体压力P岩心；关闭电磁阀，升高储气腔室中的气体压力，使之与岩心中的气体压力建立一定压差；压力稳定后，关闭气源；打开电磁阀，储气腔室里的甲烷在压差作用下开始向岩心内流动；计算机(10)通过压力传感器(3)采集储气腔室内的实时压力衰减数据，得到气体压力衰减曲线；待储气腔室内气体压力不再降低，认为整个系统达到近似平衡；步骤5、t时刻流入岩心的甲烷的累积质量mg(t)通过如下公式计算： m g ( t ) = V g c M 1000 R ( P i n i Z i n i T - P Z T ) ]]>式中M—气体摩尔质量，g/mol，R—气体摩尔常数，J/(mol·K)，Pini、P—储气腔室在初始时刻和t时刻的压力，KPa，T—测试系统的温度，为定值，K，Zini，Z—初始时刻和t时刻的气体偏差因子，无量纲；步骤6、岩心内压力升高所引起的岩心总孔隙体积储存的游离甲烷的增量mfree通过如下公式计算：式中 Peq—整个压力衰减过程平衡后，岩心也即储气腔室的气体压力，KPa，P岩心—压力衰减之前岩心中饱和的初始气体压力，KPa，VP—岩心孔隙体积，cm3，Zeq—压力衰减过程平衡后气体的偏差因子，无量纲，将mg(t)等于mfree的时间点t0作为渗流阶段和扩散阶段的分界点；步骤7、当t<t0时，压力衰减过程处于渗流阶段，对渗流阶段的压力衰减曲线进行拟合，通过下式求得岩心中甲烷在渗流阶段的浓度传递系数k：式中A—岩心的横截面积，cm2，l—岩心的有效长度，cm，φ—岩心孔隙度，小数，再通过下式得到岩心中甲烷的渗透率KP： K p = φ k M μ ρ Z R T ]]>式中ρ—某温度压力下的甲烷密度，kg/m3，μ—某温度压力下的甲烷粘度，Pa·s；步骤8、当t>t0时，压力衰减过程进入气体扩散阶段，对扩散阶段的压力衰减曲线进行拟合，通过下式求得甲烷的扩散系数D： l n ( 1 - π 2 8 M t M ∞ ) = - Dπ 2 4 h 2 t ]]>式中Mt、M∞—t时刻和最终平衡时刻扩散进入页岩的吸附甲烷质量，g，h—气体扩散进入岩心中的平均深度，nm。