本申請屬于巖心實驗分析領域，涉及一種致密巖心視滲透率測試裝置及基于該裝置的測試方法。

背景技術：

流體在致密巖心中的異常滲流導致傳統(tǒng)滲透率測試原理和方法不適應于致密巖心滲透率測試。因此，適合于致密巖心滲透率測試的原理和儀器需求十分迫切，已成為制約致密砂巖/頁巖/煤巖等致密儲層開采理論和技術研究的瓶頸問題。

目前測試巖心滲透率的方法主要有穩(wěn)態(tài)法、瞬態(tài)壓力脈沖衰減法、孔隙壓力振蕩法和非常規(guī)穩(wěn)態(tài)法等。其基本原理均為線性滲流的達西公式，其中的滲透率值是與壓力梯度(流速)無關的常數(shù)。但是據(jù)目前的研究表明致密巖心滲透率與壓力梯度(流速)有密切的相關性。所以現(xiàn)有的傳統(tǒng)滲透率測試原理和方法只適用于符合達西線性滲流的中高滲巖心，不適用于致密巖心視滲透率曲線測試。

致密巖心中的滲流存在非流動、低速非線性滲流以及線性滲流等區(qū)域。據(jù)大量實驗結果表明，致密巖心中高壓環(huán)境下滲流不符合傳統(tǒng)經(jīng)典理論，這就需要能夠表征致密巖心中滲流特性本質和規(guī)律的模型，并需要在油藏高壓環(huán)境下測量。致密巖心視滲透率測試所面臨的技術瓶頸問題是地層超高壓環(huán)境下微流量的實時連續(xù)測量。但是目前已有的流量測量技術均不能滿足致密巖心滲透率測試要求。

技術實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N致密巖心視滲透率測試裝置及測試方法，用于解決現(xiàn)有技術在高壓下，無法測量微小壓差下的致密巖心滲透率的問題。

為了解決上述技術問題，本申請一技術方案為提供一種致密巖心視滲透率測試裝置，包括：

巖心夾持器、第一高壓注入泵、第二高壓注入泵、微壓差計、第一耐壓活塞容器、微流量計、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門及第五閥門，其中，第一耐壓活塞容器通過活塞分為上部腔體及下部腔體，第一耐壓活塞容器上部腔體裝有氣體，第二耐壓活塞容器下部腔體裝有泵壓傳遞液體；

巖心夾持器用于容納巖心樣品；

第一高壓注入泵連接巖心夾持器第二入口，用于調(diào)節(jié)圍壓；

第二高壓注入泵連接巖心夾持器第一入口，通過第一閥門連接第一耐壓活塞容器上部腔體，通過第二閥門連接第一耐壓活塞容器下部腔體，用于提供壓力并向巖心樣品注入實驗流體；

微壓差計連接在巖心夾持器第一入口及出口之間，用于測量壓差；

第一耐壓活塞容器上部腔體還通過第四閥門連接巖心夾持器出口；

微流量計連接在第一耐壓活塞容器上部腔體及巖心夾持器出口之間，用于測量流量，包括第一耐壓容器、第二耐壓容器、高壓微流量泵、耐壓毛細管、電阻測量裝置及第六閥門；

第一耐壓容器內(nèi)容置有測量流體，第一耐壓容器一端通過第三閥門連接巖心夾持器出口，第一耐壓容器另一端連接耐壓毛細管首端；

第二耐壓容器內(nèi)容置有氣體，第二耐壓容器一端連接第一耐壓活塞容器上部腔體，第二耐壓容器另一端通過第六閥門連接耐壓毛細管首端；

耐壓毛細管尾端連接高壓微流量泵，通過第五閥門連接第一耐壓活塞容器上部腔體；

電阻測量裝置通過信號線連接在耐壓毛細管兩端。

基于上述致密巖心視滲透率測試裝置，本申請還提供一種致密巖心視滲透率測試方法，包括：

將巖心樣品裝入巖心夾持器中，通過第一高壓注入泵調(diào)節(jié)圍壓；

開啟第四閥門及第五閥門，控制第二高壓注入泵施加壓力，以使巖心夾持器內(nèi)巖心樣品注入實驗流體，待微壓差計測得壓差穩(wěn)定后停止第二高壓注入泵施壓；

開啟第一閥門及第二閥門，控制第二高壓注入泵施加壓力，以使裝置內(nèi)壓力至實驗壓力；

關閉第一閥門、第二閥門及第四閥門，開啟第三閥門，控制第二高壓注入泵以階梯升壓的方式注入實驗流體，第一耐壓容器內(nèi)的測量流體會在壓力作用下逐漸流入耐壓毛細管，每次升壓穩(wěn)定后記錄微壓差計測得的壓差及電阻測量裝置測得的電阻值，根據(jù)電阻值計算流量，根據(jù)壓差及流量計算視滲透率；

當測量流體充滿耐壓毛細管后，關閉第三閥門及第五閥門，開啟第四閥門及第六閥門，啟動高壓微流量泵，使測量流體退回耐壓毛細管首端，待電阻測量裝置所測電阻值為初始電阻值時關閉第四閥門、第六閥門及高壓微流量泵，開啟第三閥門及第五閥門。

通過本申請?zhí)峁┑闹旅軒r心視滲透率測試裝置及方法，能夠實現(xiàn)高壓下非穩(wěn)定微流量及微壓差的連續(xù)實時測量，進而能夠實現(xiàn)致密巖心視滲透率的連續(xù)測量，更進一步的，實現(xiàn)致密巖心視滲透率的曲線測量。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請一實施例的致密巖心視滲透率測試裝置的結構圖；

圖2為本申請另一實施例的致密巖心視滲透率測試裝置的結構圖；

圖3為本申請一實施例的致密巖心視滲透率測試方法的流程圖；

圖4為本申請一實施例的數(shù)據(jù)分析過程示意圖；

圖5為本申請一實施例致密巖心滲流壓力梯度與流速的關系圖；

圖6為本申請一實施例不同流速下致密巖心視滲透率的實測曲線圖。

具體實施方式

下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。

如圖1所示，圖1為本申請實施例的致密巖心視滲透率測試裝置的結構圖。本實施例除了可適用于致密巖心外，還適用于其他類型巖心的測量。通過該致密巖心視滲透率測試裝置能夠實現(xiàn)高壓下非穩(wěn)定微流量的連續(xù)實時測量，進而能夠實現(xiàn)致密巖心視滲透率的連續(xù)測量。

具體的，致密巖心視滲透率測試裝置包括：巖心夾持器1、第一高壓注入泵2、第二高壓注入泵3、微壓差計4、第一耐壓活塞容器5、微流量計、第一閥門6、第二閥門7、第三閥門8、第四閥門9及第五閥門10，其中，第一耐壓活塞容器5通過活塞分為上部腔體及下部腔體，第一耐壓活塞容器上部腔體裝有氣體，第二耐壓活塞容器下部腔體裝有泵壓傳遞液體。

巖心夾持器1用于容納巖心樣品，以便模擬油藏高壓環(huán)境下密封巖心樣品，詳細的說，巖心樣品與巖心夾持器的內(nèi)側壁緊貼，巖心夾持器1有兩個入口(第一入口及第二入口)及一個出口。

第一高壓注入泵2連接巖心夾持器1第二入口，用于對巖心樣品施加圍壓。

第二高壓注入泵3連接巖心夾持器1第一入口，用于提供壓力向巖心樣品注入實驗流體，并使巖心夾持器兩端壓力至實驗壓力(該實驗壓力可根據(jù)實際的致密性巖心油藏壓力設定)。

第二高壓注入泵3還通過第一閥門6連接第一耐壓活塞容器上部腔體，通過第二閥門7連接第一耐壓活塞容器下部腔體。

微壓差計4連接在巖心夾持器1第一入口及出口之間，用于測量壓差，即巖心夾持器兩端的壓差。

第一耐壓活塞容器上部腔體還通過第四閥門9連接巖心夾持器1出口。

微流量計連接在第一耐壓活塞容器上部腔體及巖心夾持器1出口之間，用于測量流量，包括第一耐壓容器11、第二耐壓容器12、高壓微流量泵13、耐壓毛細管14、電阻測量裝置15及第六閥門16。

第一耐壓容器11內(nèi)容置有測量流體，第一耐壓容器一端通過第三閥門8連接巖心夾持器1出口，第一耐壓容器另一端連接耐壓毛細管14首端。

第二耐壓容器12內(nèi)容置有氣體，第二耐壓容器一端連接第一耐壓活塞容器上部腔體，第二耐壓容器另一端通過第六閥門16連接耐壓毛細管14首端。

耐壓毛細管14尾端連接高壓微流量泵13，通過第五閥門10連接第一耐壓活塞容器上部腔體。實施時，耐壓毛細管14尾端還可通過第五閥門和第四閥門與巖心夾持器尾端相連。

電阻測量裝置15通過信號線連接在耐壓毛細管14兩端，用于測量耐壓毛細管內(nèi)測量流體與預置的非導電流體組成的綜合電阻值，該綜合電阻值能夠反實驗流體流過致密巖心樣本的流量。

一些實施方式中，致密巖心視滲透率測試裝置還包括計算機17，連接第一高壓注入泵2、第二高壓注入泵3、微壓差計4、第一閥門6、第二閥門7、高壓微流量泵13、電阻測量裝置15、第三閥門8、第四閥門9、第五閥門10和第六閥門16，用于控制閥門、泵的開啟及關閉，監(jiān)測微壓差計測得的壓差及電阻測量裝置測得的電阻值。

詳細的說，第一耐壓活塞容器上部腔體內(nèi)氣體用于穩(wěn)定實驗壓力。其原理是通過氣體的可壓縮性來保持實驗壓力的平穩(wěn)，防止管路切換導致壓力波動過大。上部腔體還可用作回收腔，用于回收實驗液體及測量流體。

通過開啟第四閥門9能夠接入第一耐壓活塞容器5，第一耐壓活塞容器5作為返回罐，用于回收實驗流體。通過開啟第五閥門10能夠使耐壓毛細管14尾端壓力與巖心夾持器1相同。

通過開啟第一閥門6及第二閥門7能夠實現(xiàn)對巖心夾持器兩端同時加壓，使裝置內(nèi)壓力調(diào)整至實驗壓力。通過關閉第一閥門6及第二閥門7能夠結束對巖心夾持器兩端共同加壓，以便利用第二高壓注入泵實現(xiàn)對巖心夾持器首端單獨加壓。

通過關閉第四閥門9、開啟第三閥門8能夠接入微流量計。

通過關閉第三閥門8及第五閥門10能夠關閉微流量計。通過開啟第四閥門9及第六閥門16能夠保證實驗繼續(xù)，同時能夠利用開啟高壓微流量泵13使耐壓毛細管內(nèi)的測量流體退回耐壓毛細管首端，從耐壓毛細管退出的測量流體可能會進入第二耐壓容器內(nèi)或留在管路中。待電阻測量裝置所測電阻值為初始電阻值時，關閉第四閥門9、第六閥門16及高壓微流量泵13能夠結束調(diào)整耐壓毛細管內(nèi)的液體。待電阻測量裝置所測電阻值為初始電阻值時，開啟第三閥門8及第五閥門10能夠重新接入微流量計。

一些實施方式中，實驗流體包括但不限于油、水、聚合物液體，測量流體為不同于實驗流體的導電液體。耐壓毛細管為絕緣耐壓毛細管，管的直徑可根據(jù)測量范圍進行選擇。耐壓毛細管內(nèi)設置有一段與測量流體不相溶的非導電預置流體。

一些實施方式中，第一耐壓容器及第二耐壓容器豎直設置。以便利用重力分異，使測量流體在下，氣體在上，從而隔絕氣體與測量流體。

如圖2所示，本申請另一實施例中，致密巖心視滲透率測試裝置還包括第二耐壓活塞容器18，豎直放置，為缸體結構，通過活塞分為上部腔體及下部腔體，第二耐壓活塞容器上部腔體內(nèi)裝有實驗流體，第二耐壓活塞容器下部腔體內(nèi)裝有泵壓傳遞液體。第二耐壓活塞容器18上部腔體連接巖心夾持器1第一入口，第二耐壓活塞容器18下部腔體連接第二高壓注入泵3，接收第二高壓注入泵3注入的泵壓傳遞液體，經(jīng)過壓力傳遞使第二耐壓活塞容器上部腔體內(nèi)的實驗流體流入巖心樣品。

第一閥門6連接在第二耐壓活塞容器上部腔體與第一耐壓活塞容器上部腔體之間，第二閥門7連接在第二耐壓活塞容器下部腔體與第一耐壓活塞容器下部腔體之間。

復請參閱圖2，致密巖心視滲透率測試裝置還包括恒溫箱19，恒溫箱19內(nèi)容置有巖心夾持器1、第一耐壓容器11、第二耐壓容器12、耐壓毛細管14，用于模擬地層溫度。實施時，第三閥門8及第六閥門16也設置在恒溫箱中。

如圖3所示，圖3為本申請實施例的致密巖心視滲透率測試方法的流程圖。該致密巖心視滲透率測試方法適用于前述任一實施例所述的致密巖心視滲透率測試裝置。在方法實施之前，各閥門處于關閉狀態(tài)，各閥門的開啟或關閉可由人控制或由控制器實現(xiàn)。

本實施例的致密巖心視滲透率測試方法考慮了低速非線性滲流區(qū)流速對致密巖心滲透率的影響，能夠實現(xiàn)高壓下非穩(wěn)定微流量的連續(xù)實時測量，進而能夠實現(xiàn)致密巖心視滲透率的連續(xù)測量。具體的，包括：

步驟301：將巖心樣品裝入巖心夾持器中，通過第一高壓注入泵調(diào)節(jié)圍壓。第一高壓注入泵時刻調(diào)節(jié)圍壓，使圍壓一直保持在設定圍壓。

步驟302：開啟第四閥門及第五閥門，控制第二高壓注入泵施加壓力，以使巖心夾持器內(nèi)巖心樣品注入實驗流體，待微壓差計測得壓差穩(wěn)定后停止第二高壓注入泵施壓。

本步驟中，通過開啟第四閥門能夠接入第一耐壓活塞容器，第一耐壓活塞容器作為返回罐，用于回收實驗流體。通過開啟第五閥門能夠使耐壓毛細管尾端壓力與巖心夾持器相同。

步驟303：開啟第一閥門及第二閥門，控制第二高壓注入泵施加壓力，以使裝置內(nèi)壓力至實驗壓力。

本步驟中，通過開啟第一閥門及第二閥門能夠實現(xiàn)巖心夾持器首尾兩端共同加壓，使裝置內(nèi)壓力調(diào)整至實驗壓力。

步驟304：關閉第一閥門、第二閥門及第四閥門，開啟第三閥門，控制第二高壓注入泵以階梯升壓的方式注入實驗流體，第一耐壓容器內(nèi)的測量流體會在壓力作用下逐漸流入耐壓毛細管，每次升壓穩(wěn)定后記錄微壓差計測得的壓差及電阻測量裝置測得的電阻值，根據(jù)電阻值計算流量，根據(jù)壓差及流量計算視滲透率。

本步驟中，所謂階梯升壓即在一個壓力下保持一定時間后，壓力快速上升至另一壓力后，在該壓力保持一定時間后繼續(xù)上升，保持，上升，保持，持續(xù)這個過程。一壓力保持的時間由電阻測量裝置所測綜合電阻值而定，當所測綜合電阻值平穩(wěn)變換后，升至下一壓力。

通過關閉第一閥門及第二閥門能夠結束巖心夾持器兩端共同加壓，以便單獨給巖心夾持器首端加壓。通過關閉第四閥門、開啟第三閥門能夠接入微流量計，第二高壓注入泵注入的壓力促使巖心夾持器內(nèi)的實驗流體流動，進而推動第一耐壓容器內(nèi)的測量流體逐漸流入耐壓毛細管內(nèi)。本步驟中，第一耐壓活塞容器作為返回罐，用于回收測量流體。

步驟305：當測量流體充滿耐壓毛細管后，關閉第三閥門及第五閥門，開啟第四閥門及第六閥門，啟動高壓微流量泵，使測量流體退回耐壓毛細管首端，非導電液體注入耐壓毛細管內(nèi)，待電阻測量裝置所測電阻值為初始電阻值時關閉第四閥門、第六閥門及高壓微流量泵，開啟第三閥門及第五閥門。

本步驟中，通過關閉第三閥門及第五閥門能夠關閉微流量計。通過開啟第四閥門能夠保證實驗繼續(xù)，通過開啟第六閥門能夠使第二耐壓容器回收從耐壓毛細管內(nèi)退回的測量流體，第二耐壓容器內(nèi)的空氣被壓縮，由于第二耐壓容器與第二耐壓活塞容器相連，因此，不會產(chǎn)生大的壓縮。待電阻測量裝置所測電阻值為初始電阻值時，關閉第四閥門、第六閥門及高壓微流量泵能夠結束調(diào)整耐壓毛細管內(nèi)的液體。待電阻測量裝置所測電阻值為初始電阻值時，開啟第三閥門及第五閥門能夠重新接入微流量計。

進一步的，上述步驟302之前還包括將恒溫箱的溫度調(diào)整至設計溫度，以便模擬致密巖心地層溫度。實施時，設置溫度后需靜置一段時間，直至恒溫箱內(nèi)各個儀器溫度穩(wěn)定在所需測量溫度后，進行下一步驟。

進一步的，上述步驟302中控制第二高壓注入泵施加壓力，以使巖心夾持器內(nèi)巖心樣品注入實驗流體進一步包括：

控制第二高壓注入泵向第二耐壓活塞容器下部腔體注入泵壓傳遞液體，經(jīng)過壓力傳遞使第二耐壓活塞容器上部腔體內(nèi)的實驗流體流入巖心樣品。

進一步的，上述步驟304中，通過如下公式計算流量：

qt＝a'(ht-hi0)/(ti-ti0)，ht＝-art+b；

其中，qt為t時刻的流量；a'為耐壓毛細管的橫截面積；hi0為耐壓毛細管的初始液位；ht為t時刻的液位；ti為測量時刻；ti0為第i次初始液位對應的時刻；rt為電阻測量裝置t時刻測得的電阻值；a和b為常數(shù)。

通過如下公式計算視滲透率：

其中，k為視滲透率；qt為t時刻的流量；μ為測試介質粘度；l為巖心長度；a為巖心過流截面積；δpt為微壓差計t時刻測得的壓差。

一些實施例中，致密巖心視滲透率測試方法還包括對上述致密巖心視滲透率測試方法測得數(shù)據(jù)的分析過程，如圖4所示，包括：

步驟401：根據(jù)流量計算流速，根據(jù)壓差計算壓力梯度。

具體的，通過如下公式計算流速：

其中，vt為t時刻的流速；a為巖心過流截面積；qt為t時刻的流量。

通過如下公式計算壓力梯度：

其中，gt為t時刻的壓力梯度；δpt為微壓差計t時刻測得的壓差；l為巖石長度。

步驟402：根據(jù)流速及壓力梯度擬合流速與壓力梯度的關系，流速與壓力梯度的關系可用流速與壓力梯度的曲線表示，如圖5所示，空心圓圈為實驗數(shù)據(jù)(即根據(jù)記錄的壓差及電阻值計算得到的數(shù)據(jù))，流速與壓力梯度成正比關系。

實施時，可通過最小二乘法擬合曲線，本申請對具體的擬合方法不做限定。

步驟403：根據(jù)流速與壓力梯度的關系確定流速為0時對應的壓力梯度為啟動壓力梯度，如圖5所示，豎直虛線對應的橫坐標值為啟動壓力梯度。

進一步的，復請參閱圖4，除了計算啟動壓力梯度外還包括：

步驟404：根據(jù)流速及視滲透率擬合流速與視滲透率的關系，流速與視滲透率的關系可用流速與視滲透率曲線表示，如圖6所示，黑色圓圈為實驗數(shù)據(jù)。

實施時，可通過最小二乘法擬合曲線，本申請對具體的擬合方法不做限定。

步驟405：根據(jù)流速與視滲透率的關系確定流速趨向0時對應的視滲透率為啟動滲透率(如圖6中的k0)，流速趨向無窮(足夠大)時對應的視滲透率為極限滲透率(如圖6中的k∞)。

步驟406：根據(jù)流速與視滲透率的關系確定視滲透率的衰減系數(shù)。視滲透率的衰減系數(shù)表征視滲透率隨流速(或壓力梯度)的降低而衰減的快慢。

步驟407：根據(jù)巖心滲透理論，得到致密巖心視滲透率的計算公式為：

其中，k為視滲透率；k∞為極限滲透率；k0為啟動滲透率；c為視滲透率的衰減系數(shù)；g為壓力梯度；g0為啟動壓力梯度。

本申請?zhí)峁┑闹旅軒r心視滲透率測試方法能夠實現(xiàn)常溫常壓-高溫高壓環(huán)境下致密巖心氣(或液)視滲透率的準確測量和各種因素影響下的致密巖心的滲流特性的定量化研究。其壓力范圍為0.1mpa～80mpa，溫度范圍在0～200℃，流量測量范圍為10nl/min～5ml/min。

本申請實施例還提供一種存儲介質，比如rom/ram、磁碟、光盤等，該存儲介質中包括存儲的程序，程序運行時控制存儲介質所在設備執(zhí)行上述任一實施例所述的致密巖心視滲透率測試方法的步驟。

本申請實施例還提供一種處理器，該處理器用于運行程序，程序運行時執(zhí)行上述任一實施例所述致密巖心視滲透率測試方法的步驟。

本領域內(nèi)的技術人員應明白，本申請方法實施例可提供為計算機程序產(chǎn)品。本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

以上所述的具體實施例，對本申請的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本申請的具體實施例而已，并不用于限定本申請的保護范圍，凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。