低滲透巖心滲透率測試方法總結

1、低滲巖心滲透率的測試方法：1、穩(wěn)態(tài)法2、脈沖衰減法3、周期振蕩法一、 穩(wěn)態(tài)法測量滲透率1、 測試原理根據(jù)達西定律 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)(Pa·s)；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 而測量上、下游端的壓力差P 而得到滲透率。2、 適用條件達西定律定壓法測滲透率適用的條件之一是測試介質在巖石孔隙中的滲流需達到穩(wěn)定狀態(tài)，對于中高滲巖樣來說$達到穩(wěn)定狀態(tài)所需時間較短，因而測試

2、時間較短但是對于低滲巖樣達西實驗裝置提供的較小壓差達到平衡狀態(tài)時間長伴隨長時間平衡過程帶來的是環(huán)境因素對測量結果的影響增大3、 實驗裝備1） 定壓法石油工業(yè)所熟知的達西實驗原理即是采用的定壓法室內常用定壓法測滲透率裝置簡圖2）定流量法定流量法是通過提供穩(wěn)定流量監(jiān)測巖樣兩端壓力變化因為高精度壓力監(jiān)測比流量計量更準確因而測量也更精確定流量法測試滲透率裝置簡圖4、 優(yōu)缺點此法對于滲透率大于10×10-3m²中高滲透率的儲層巖石，測試結果較為準確，但是若為了保證精度，對設備裝置的要求就很高，并且在測量時需要很長的流速穩(wěn)定時間。二、 脈沖衰減法1、 測試原理及裝置圖解與常規(guī)穩(wěn)態(tài)法滲透

3、率測試原理不同，脈沖衰減法是基于一維非穩(wěn)態(tài)滲流理論，通過測試巖樣一維非穩(wěn)態(tài)滲流過程中孔隙壓力隨時間的衰減數(shù)據(jù)，并結合相應的數(shù)學模型，對滲流方程的精確解答和合適的誤差控制簡化，就可以獲得測試巖樣的脈沖滲透率計算模型和方法。1）瞬態(tài)壓力脈沖法：瞬態(tài)壓力脈沖法最早在測量花崗巖滲透系數(shù)時提出其原理并給出其近似解在測試樣兩端各有一個封閉的容器，測試時待上下容器和巖樣內部壓力平衡后，給上端容器一個壓力脈沖。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)測兩端壓力隨時間變化情況，直至容器內達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試樣滲透率。W F Brace給出了計算滲

4、透率的近似解析解： p(t)Pi=e-t (1) =kAwCwL(1Vu+1Vd) (2)式中p(t)巖樣兩端壓差實測值；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)下測量滲透率，較傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)法所需測試時間大大縮短，而且高精度的壓力計量要比傳統(tǒng)流體計量更準確，因而測試結果也更精確。目前此方法已廣泛應用于致密低滲巖樣的測量實驗中。但是W F Brace 在測量花崗巖滲透率求解過程中是假定巖樣孔隙度為零，這在計算致密孔巖樣時有一定的合理性，但在計算頁巖等孔隙度相對不能忽略的巖樣時其誤差較大，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 Di

5、cker等詳細討論了上下端容器體積對測量過程的影響，S C Jones提出的滲透率測量裝置下限達到0.01d目前基于此原理制備的PDP-200已有商業(yè)制品出售,在測量如頁巖氣等超低滲儲層巖心方面效果較好。S C Jones改進瞬態(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)處理和測量裝置上不斷得到改善，在測量煤層氣(頁巖氣等低滲超低滲儲層滲透率方面，壓力脈沖法效果極好。目前國內亦有廠家基于此原理研制滲透率測試裝置，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量滲透性高的巖石，因為對于滲透性高的巖石，壓力脈沖平衡時間過快，測試時間太短，初始脈沖造成的壓力紊亂使得數(shù)據(jù)記錄過程中，尚未

6、檢測出壓力衰減曲線中的穩(wěn)定壓力下降過程，壓力已經(jīng)達到平衡。因此推薦測量滲透率在0.1×10-3m2以下的巖樣。2） 變容壓力脈沖法壓力脈沖法測滲透率實驗，時間不宜過長也不宜太短，前者受設備密封、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)壓力脈沖法測量滲透率，由于巖樣上下端容器容積是固定的，因此對某一測量介質，其壓縮儲容是固定的，這就限制了儀器的測量范圍。國內學者王穎博士針對此情況研制了變容壓力脈沖法測滲透率裝置變容壓力脈沖法測滲透率裝置圖2、 適用條件及優(yōu)缺點脈沖法技術適用于測量超低滲以下的巖樣，在測試高滲透巖樣時誤差很大，這限制了此方法的測試范圍，變容壓力脈沖法在實驗

7、原理上較好的解決了這一問題，已有按此原理制作的設備，其測量范圍大7個數(shù)量級，商業(yè)制品尚未查到。三、 周期振蕩法近些年來，對超低滲透率測量出現(xiàn)了周期振蕩法，其測量下限可達10-10m ²。周期振蕩法最早由Kranz等借鑒熱擴散系數(shù)測量而提出，被運用到測量低滲巖石滲透率上。1、 測試原理Fischer等詳細闡述了周期振蕩法的理論背景，實驗設計以及數(shù)據(jù)處理，將測試巖芯作為一個衰減與阻尼器。首先在巖芯的一端輸入一個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。正弦壓力波在巖芯中的傳播過程類似一維擴散：2P2

8、X=SKPt 式（1）式中：P 為孔隙壓力；k 為滲透率；為流體的黏滯系數(shù)；s為巖芯-流體系統(tǒng)的比儲流率。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合的一種混和法。下游壓力對上游應力的響應由兩部分組成，既存在由于壓力突然變?yōu)檎也ǖ囊粋€瞬時響應（也呈指數(shù)衰減），也存在一個穩(wěn)定的正弦周期引起的穩(wěn)態(tài)響應從方程（3）的前半部分看出，相對上游的壓力，下游的響應會在幅值上發(fā)生衰減（衰減因子 ）和相位發(fā)生延遲 。通過測量上、下游幅值比 和相位延

9、遲 即可計算樣品的滲透率。根據(jù) Fischer研究結論，上、下游壓力幅值比 和相位延遲 可以表示為 2 個無量綱參數(shù) 和 的函數(shù)： 式（4）式中： 式（5）式中： 、 為疊加過程中產生的 2 個無量綱值。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，從實驗室中測得的振幅比 和相位移 ，求出了 2 個無量綱值 和 ，并由式（6）可得滲透率 k。表1 三種方法在測量低滲透時的比較結論：1）巖石超低滲透率測量在核廢料儲藏，頁巖油氣、致密油氣開發(fā)等方面具有重要應用價值，目前我國主要采用穩(wěn)態(tài)法和脈沖衰減法進行超低滲透率測試，在測試精度、穩(wěn)定性和測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、用時短的優(yōu)點。采用快速傅里葉變換（FFT）、互譜法等信號處理方法可提高數(shù)據(jù)信噪比，提高超低滲透率的測試精度和穩(wěn)定性。 3）周期振蕩法由于需要產生正弦變化的周期壓力波，因而對測量儀器的性能要求也高，代價比脈沖衰減法要大。目前存