CN112924357B - 一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置及方法，所述联测装置包括高压气源、可变体积压力室、岩心夹持器、围压泵、真空泵、恒温箱、数据采集装置；所述高压气源与所述可变体积压力室的入口端相连；所述可变体积压力室与压力监测装置一相连，所述可变体积压力室的出口端与所述岩心夹持器的入口端相连；所述岩心夹持器分别与围压泵、温度监测装置、压差监测装置相连；所述岩心夹持器的出口端与所述真空泵相连；所述可变体积压力室与所述岩心夹持器设置在所述恒温箱内。本发明能够确定出联测装置的死体积，优选出可变体积压力室的体积，通过压力衰减曲线能够同时测定目标岩心在地层压力下的孔隙度和渗透率。

Description

一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置及方法

技术领域

本发明涉及对岩石孔隙度、渗透率测量的技术领域，特别涉及一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置及方法。

背景技术

储层岩石的孔隙性和渗透性是认识与研究储层的重要性质。孔隙度是定量描述岩石储集能力大小的重要参数，它是指岩石中的孔隙体积(或岩石中未被固体物质充填的空间体积)与岩石总体积的比值。渗透率表示在一定压差下的岩石允许流体通过的性质，储层渗透性的大小用渗透率来表示。随着地下油气的开采，油气流体将从地下采出，储层岩石中的孔隙流体压力就会降低，储层岩石就会变形，这导致储层岩石的孔隙度和渗透率不再是某一固定的常数，而是会发生改变；储层岩石孔隙度和渗透率在地层条件下随孔隙流体压力变化关系的定量表征是油气有效开采的重要基础。

目前国内外学者主要通过实验来确定地层条件下岩石孔隙度和渗透率(后面简称“孔渗”)随孔隙流体压力的变化关系式。一般地，首先测定当孔隙流体压力等于大气压时，在不同围压下的孔渗；然后，计算获取孔渗随有效压力的关系式；最后，结合Terzaghi有效应力理论计算获取等效地层条件下的孔渗值。然而，现有的孔隙度和渗透率测试仍存在以下几点不足：

(1)现有方法没有直接测定地层条件下储层岩石的孔隙度和渗透率，属于储层岩石孔渗确定的间接方法，已有学者证明现有方法计算获取的等效孔渗值不具有地层条件下代表性(肖文联等，2019)。

(2)目前已有的岩样孔隙度、渗透率测试设备多数需要将孔隙度及渗透率分开进行测试，或者是同一设备中分步进行测试，并没有实现同时、准确的测定；针对地下取出岩石中可能会存在微裂缝等不稳定的因素，分开测试或分步测试难以保证测试时岩石性质的一致性，从而导致测试的岩石孔渗不在相同条件。

(3)实验过程中，测试方案的不同、设备维修等都可能引起管线及阀门体积变化，这将会影响测试结果，往往需要及时进行死体积标定和校正。

(4)致密岩石的渗透率很低，一般不能用常规的稳态法(何更生等，2011)来测定其渗透率，通常会选择压力脉冲法来测定其渗透率；目前压力脉冲法在使用时，测试仪器中的压力室体积一般多为固定体积或者依靠经验进行选择，然而实际可变压力室体积的大小会影响脉冲压力衰减曲线，造成测试结果误差。

因此，针对现有测试装置及方法的不足，有必要设计一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置及方法。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置及方法，通过标定管线死体积与优选可变体积压力室体积，绘制脉冲压力衰减曲线，优化孔隙度与渗透率计算方法，结合压力脉冲实验实现对致密岩石在地层压力下孔隙度及渗透率的同时、有效测定。

本发明的技术方案如下：

一方面，提供一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置，包括高压气源、可变体积压力室、岩心夹持器、围压泵、真空泵、恒温箱、数据采集装置；

所述高压气源与所述可变体积压力室的入口端相连，且相连的管路上依次设有阀门一、压力控制器一；

所述可变体积压力室与压力监测装置一相连，所述可变体积压力室的出口端与所述岩心夹持器的入口端相连，且相连的管路上设有阀门二；

所述岩心夹持器的侧壁与所述围压泵相连，且相连的管路上依次设有压力监测装置二、压力控制器二、阀门三；所述岩心夹持器与温度监测装置相连；所述岩心夹持器的入口端与出口端之间设有压差监测装置；所述岩心夹持器的出口端与所述真空泵相连，且相连的管路上依次设有压力监测装置三和三通阀，所述真空泵上设有压力监测装置四，所述三通阀的另一个出口与放空管相连，所述放空管上设有阀门四；

所述可变体积压力室与所述岩心夹持器设置在所述恒温箱内；所述压力控制器一、压力监测装置一、压力监测装置二、压力控制器二、温度监测装置、压差监测装置、压力监测装置三、压力监测装置四分别与所述数据采集装置相连。

另一方面，还提供一种地层压力下致密岩石孔渗联测方法，采用上述一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置进行测试，包括以下步骤：

S1：标定所述联测装置的死体积，优选所述可变体积压力室的体积；

S2：将所述可变体积压力室的体积调整为优选后的体积，然后将目标岩心装入所述岩心夹持器内进行地层压力下的脉冲压力衰减测试，记录测试过程中可变体积压力室的压力随时间的变化，并绘制压力衰减曲线；

S3：根据所述死体积以及所述压力衰减曲线，确定对应地层压力下所述目标岩心的孔隙度和渗透率。

作为优选，步骤S1具体包括以下子步骤：

S11：将已知孔隙体积的标准岩心装入所述岩心夹持器内，确定所述可变体积压力室的当前体积；

S12：打开围压泵、阀门三，通过压力控制器二将所述岩心夹持器的围压升至预设压力一；

S13：打开阀门一、阀门二、三通阀，开启真空泵，对整个所述联测装置进行抽真空；

S14：关闭阀门二，打开高压气源、阀门一，通过压力控制器一将所述可变体积压力室的压力升至预设压力二，关闭高压气源、阀门一，待所述压力监测装置一监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室压力；

S15：打开阀门二，让气体等温膨胀进入所述岩心夹持器内，待所述压力监测装置一监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室压力；

S16：打开三通阀、阀门四，排出气体后卸载围压；

S17：更换i块不同孔隙体积的标准岩心，重复步骤S12-S16，记录岩心夹持器内装入各块不同孔隙体积的标准岩心时，所述可变体积压力室在气体等温膨胀前后的压力；

S18：绘制标准岩心孔隙体积与气体等温膨胀后可变体积压力室压力倒数的关系曲线，获得所述关系曲线的斜率及纵截距，根据下式计算所述可变体积压力室的优选体积以及所述联测装置的死体积：

V_d＝-(b+V_k) (2)

式中：V_k为可变体积压力室的优选体积，cm³；k为V与1/P之间关系曲线的斜率，无量纲；V为标准岩心的孔隙体积，cm³；P为气体等温膨胀后可变体积压力室压力，MPa；P_k为气体等温膨胀前可变体积压力室压力，MPa；V_d为联测装置的死体积，cm³；b为V与1/P之间关系曲线的纵截距，无量纲。

作为优选，还包括步骤S19：将所述可变体积压力室的体积调节至步骤S18计算获得的优选体积，重复步骤S11-S19，直至第n次调节计算获得的联测装置死体积与第n-1次调节计算获得的联测装置死体积之间的差值在阈值范围内；此时，第n次调节计算获得的联测装置死体积即为所述联测装置的最终死体积；第n次调节计算获得的可变体积压力室优选体积即为所述可变体积压力室的最终优选体积。

作为优选，所述阈值范围为|V_dn-V_d(n-1)|≤2％，其中V_dn为第n次调节计算获得的联测装置死体积，cm³；V_d(n-1)为第n-1次调节计算获得的联测装置死体积，cm³。

作为优选，步骤S17中，i为小于10的正整数。

作为优选，所述标准岩心为钢制岩心。

作为优选，步骤S2具体包括以下子步骤：

S21：将所述可变体积压力室的体积调整为优选后的体积，然后将目标岩心装入所述岩心夹持器内；

S22：打开围压泵、阀门三，通过压力控制器二将所述岩心夹持器的围压升至模拟地层条件下的上覆岩石压力；打开阀门一、阀门二、三通阀，开启真空泵，对整个所述联测装置进行抽真空；

S23：关闭三通阀，打开高压气源、阀门一、阀门二，通过压力控制器一将所述可变体积压力室的压力升至模拟地层条件下的孔隙流体压力，关闭高压气源、阀门一和阀门二；

S24：打开高压气源、阀门一，通过压力控制器一将所述可变体积压力室的压力升至预设压力三，关闭高压气源、阀门一，待所述压力监测装置一监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室压力；

S25：打开阀门二，让气体等温膨胀进入所述岩心夹持器内，通过数据采集装置采集气体等温膨胀过程中，所述可变体积压力室的压力衰减情况，直到整个系统压力达到平衡，同时绘制压力衰减曲线。

作为优选，绘制所述压力衰减曲线时，去除所述压力衰减曲线中的波动点，直至所述衰减曲线的对数曲线为相关程度大于等于0.99的直线。

作为优选，步骤S3中，所述目标岩心在地层条件下的孔隙度通过下式进行计算：

式中：φ为目标岩心的孔隙度，％；V_pi为目标岩心的孔隙体积，cm³；V_b为目标岩心的体积，cm³；P_ik为气体等温膨胀前可变体积压力室压力，MPa；P_ib为气体等温膨胀后可变体积压力室压力，MPa；P_i为孔隙流体压力，MPa，V_k为可变体积压力室的优选体积，cm³；V_d为联测装置的死体积，cm³；

所述目标岩心的渗透率通过以下子步骤获得：

绘制压力监测装置一监测的压力随时间变化的半对数压力衰减曲线，测得所述半对数压力衰减曲线的斜率，通过下式计算所述目标岩心的渗透率：

式中：k_gi为目标岩心的渗透率，mD；α_i为半对数压力衰减曲线的斜率，s^-1；μ为气体粘度，mPa·s；L为目标岩心的长度，cm；f_z为与气体性质相关系数，无量纲；A为目标岩心的横截面积，cm²；V_d为联测装置死体积，cm³。

本发明的有益效果是：

本发明能够直接同时测定目标岩样在地层压力下的孔隙度和渗透率，能够避免分开测试或岩石存在微裂缝等不稳定因素而导致的测试条件的不一致性，并提高致密岩石孔隙度和渗透率测试效率；本发明能够准确的计算获得联测装置的死体积，优选出可变体积压力室体积，使得目标岩样的孔隙度和渗透率测试结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明地层压力下致密岩石孔渗联测装置的结构示意图；

图2为本发明测试方法中V与1/P之间的关系曲线示意图；

图3为本发明测试方法中压力衰减曲线的示意图；

图4为本发明测试方法中压力随时间变化的半对数压力衰减曲线示意图。

图中标号：

1-高压气源、2-阀门一、3-压力控制器一、4-可变体积压力室、5-压力监测装置一、6-阀门二、7-岩心夹持器、8-压差监测装置、9-温度监测装置、10-压力监测装置二、11-压力监测装置三、12-三通阀、13-阀门四、14-压力监测装置四、15-真空泵、16-围压泵、17-阀门三、18-压力控制器二、19-恒温箱、20-数据采集装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本发明。

如图1所示，本发明提供一种地层压力下致密岩石孔渗联测装置，包括高压气源1、可变体积压力室4、岩心夹持器7、围压泵16、真空泵15、恒温箱19、数据采集装置20；

所述高压气源1与所述可变体积压力室4的入口端相连，且相连的管路上依次设有阀门一2、压力控制器一3；

所述可变体积压力室4与压力监测装置一5相连，所述可变体积压力室4的出口端与所述岩心夹持器7的入口端相连，且相连的管路上设有阀门二6；

所述岩心夹持器7的侧壁与所述围压泵16相连，且相连的管路上依次设有压力监测装置二10、压力控制器二18、阀门三17；所述岩心夹持器7与温度监测装置9相连；所述岩心夹持器7的入口端与出口端之间设有压差监测装置8；所述岩心夹持器7的出口端与所述真空泵15相连，且相连的管路上依次设有压力监测装置三11和三通阀12，所述真空泵15上设有压力监测装置四14，所述三通阀12的另一个出口与放空管相连，所述放空管上设有阀门四13；

所述可变体积压力室4与所述岩心夹持器7设置在所述恒温箱19内；所述压力控制器一3、压力监测装置一5、压力监测装置二10、压力控制器二18、温度监测装置9、压差监测装置8、压力监测装置三11、压力监测装置四14分别与所述数据采集装置20相连。

在一个具体的实施例中，所述压力监测装置一5、压力监测装置二10、压力监测装置三11、压力监测装置四14均采用压力传感器；所述温度监测装置9采用温度传感器；所述数据采集装置20采用计算机。需要说明的是，所述压力传感器、温度传感器、计算机等均为现有技术，具体结构在此不再赘述。需要说明的是，除了所本实施例中采用的压力监测装置、温度监测装置、数据采集装置外，还可采用现有技术中其他的压力监测装置、温度监测装置、数据采集装置。需要说明的是，压力控制器、岩心夹持器等也均为现有技术，其具体结构在此不再赘述。

在一个具体的实施例中，所述可变体积压力室4内设有可移动隔板或活塞，通过调整所述隔板或活塞的位置，从而改变所述可变体积压力室4的体积。

在一个具体的实施例中，所述阀门二6具有控制流体单向流动的功能，且单向流动的方向为由所述可变体积压力室4向所述岩心夹持器7流动的方向，如此能够保证可变体积压力室内的气体等温膨胀进入所述岩心夹持器7，并防止岩心夹持器7中的气体倒流进入所述可变体积压力室4。可选地，所述阀门二6由普通阀门与单向阀组成，且所述普通阀门靠近所述可变体积压力室4，所述单向阀靠近所述岩心夹持器7。可选地，所述阀门二6直接采用具有单向流动功能的阀门，例如国威阀门Q641F型号的气动球阀。

在一个具体的实施例中，所述高压气源1为高压氮气气源。需要说明的是，除了本实施例中采用的高压气源外，也可采用现有技术中其他用于测试岩样孔隙度或渗透率的高压气源。

另一方面，本发明还提供一种地层压力下致密岩石孔渗联测方法，采用上述地层压力下致密岩石孔渗联测装置进行测试，包括以下步骤：

S1：标定所述联测装置的死体积，优选所述可变体积压力室4的体积；具体包括以下子步骤：

S11：将已知孔隙体积的标准岩心装入所述岩心夹持器7内，确定所述可变体积压力室4的当前体积；

S12：打开围压泵16、阀门三17，通过压力控制器二18将所述岩心夹持器7的围压升至预设压力一(围压，例如3MPa)；

S13：打开阀门一2、阀门二6、三通阀12，开启真空泵15，对整个所述联测装置进行抽真空；

S14：关闭阀门二6，打开高压气源1、阀门一2，通过压力控制器一3将所述可变体积压力室4的压力升至预设压力二(脉冲压力衰减测试时的脉冲衰减压力，例如0.6MPa)，关闭高压气源1、阀门一2，待所述压力监测装置一5监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室4压力；

S15：打开阀门二6，让气体等温膨胀进入所述岩心夹持器7内，待所述压力监测装置一5监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室4压力；

S16：打开三通阀12、阀门四13，排出气体后卸载围压；

S17：更换i块不同孔隙体积的标准岩心，重复步骤S12-S16，记录岩心夹持器7内装入各块不同孔隙体积的标准岩心时，所述可变体积压力室4在气体等温膨胀前后的压力；

S18：绘制标准岩心孔隙体积与气体等温膨胀后可变体积压力室4压力倒数的关系曲线，获得所述关系曲线的斜率及纵截距，根据下式计算所述可变体积压力室4的优选体积以及所述联测装置的死体积：

V_d＝-(b+V_k) (2)

式中：V_k为可变体积压力室的优选体积，cm³；k为V与1/P之间关系曲线的斜率，无量纲；V为标准岩心的孔隙体积，cm³；P为气体等温膨胀后可变体积压力室压力，MPa；P_k为气体等温膨胀前可变体积压力室压力，MPa；V_d为联测装置的死体积，cm³；b为V与1/P之间关系曲线的纵截距，无量纲。

其中式(1)和式(2)根据波义耳定律化简而来，具体的，根据波义耳定律可知：

P_kV_k＝PV+PV_d+V_k (6)

化简可得：

绘制如图2所示的V与1/P之间关系曲线，斜率k即为P_kV_k，化简即可得到式(1)所示的优选体积计算公式；纵截距b即为V_d与V_k之和的相反数，化简即可得到式(2)所示的死体积计算公式。

在一个具体的实施例中，还包括步骤S19：将所述可变体积压力室4的体积调节至步骤S18计算获得的优选体积，重复步骤S11-S19，直至第n次调节计算获得的联测装置死体积与第n-1次调节计算获得的联测装置死体积之间的差值在阈值范围内；此时，第n次调节计算获得的联测装置死体积即为所述联测装置的最终死体积；第n次调节计算获得的可变体积压力室4优选体积即为所述可变体积压力室4的最终优选体积。需要说明的是，步骤S19能够获得更加准确的联测装置死体积和可变体积压力室4的优选体积，但是该步骤并非必要步骤，通过步骤S11-S18即可获得联测装置的死体积和可变体积压力室4的优选体积，具体应用时要不要进行步骤S19需要根据用户需求的计算精度而定。

可选地，所述阈值范围为|V_dn-V_d(n-1)|≤2％，其中V_dn为第n次调节计算获得的联测装置死体积，cm³；V_d(n-1)为第n-1次调节计算获得的联测装置死体积，cm³。需要说明的是，本发明的阈值范围仅为优选的阈值范围，阈值范围越小，最终结果越准确，但是根据不同的精度要求，阈值范围也可以设置在2％以上或2％以下，例如|V_dn-V_d(n-1)|≤3％、|V_dn-V_d(n-1)|≤4％、|V_dn-V_d(n-1)|≤5％、|V_dn-V_d(n-1)|≤1％等。

在一个具体的实施例中，步骤S17中，i为小于10的正整数。需要说明的是，更换标准岩心的块数越多，测试结果越准确，在块数10以上时的测试结果变化较小，为节约成本，标准岩心的块数在10以内即可。

在一个具体的实施例中，所述标准岩心为钢制岩心。需要说明的是，钢制岩心的孔隙度和渗透率不会应为加载、卸载应力而发生改变，用其进行测试能够使测试结果更加准确，但是，本发明也可采用已知孔隙体积的真实岩样或者其他合金制成的岩心进行测试，具体选择根据用户需求的精度等来定，钢制岩心并非本发明的唯一选择，本发明的测试方法中，重点在于已知该标准岩心的孔隙体积。

在一个具体的实施例中，所述标准岩心为钢制岩心，所述钢制岩心的轴心挖空模拟裂缝，挖空部分为圆柱形、方体型、楔形等规则的形状，方便计算孔隙体积。

可选地，制作多块相同的标准岩心，采用本实施例的标准岩心进行标定联测装置的死体积以及确定可变体积压力室4的优选体积时，步骤S11中，将其中一块标准岩心放入所述岩心夹持器7中，步骤S17第一次更换标准岩心时，向所述岩心夹持器7中放入两块所述标准岩心，步骤S17第二次更换标准岩心时，向所述岩心夹持器7中放入三块所述标准岩心，依次类推，进行实验。

可选地，与上述实施例不一样的是，制作多块不同的标准岩心，各标准岩心的长度之间和上述实施例一样，即，步骤S11中，放入的标准岩心长度为L，步骤S17第一次更换的标准岩心长度为2L，第二次更换的标准岩心长度为3L，依次类推。需要说明的是，本实施例中，各标准岩心的模拟裂缝形状相同，即当模拟裂缝为圆柱形时，各标准岩心的模拟裂缝内径相同，当模拟裂缝为方体型时，各标准岩心的模拟裂缝横截面积相同，依次类推。

可选地，与上述实施例不一样的是，步骤S17更换的各标准岩心其长度与步骤S11中放入的标准岩心的长度不成等比关系，可以等差，也可以是任意其他关系。

在另一个具体的实施例中，与上述实施例相同，所述标准岩心为轴心挖空的钢制岩心，不同的是，该标准岩心还设有与挖空部分形状匹配的钢制内芯，该内芯与所述标准岩心间隙配合，设置多个不同长度(等比、等差、或其他任意关系)或不同外径(等比、等差、或其他任意关系)的内芯，在步骤S11和步骤S17中的标准岩心中放入不同的所述内芯。

S2：将所述可变体积压力室4的体积调整为优选后的体积，然后将目标岩心装入所述岩心夹持器7内进行地层压力下的脉冲压力衰减测试，记录测试过程中可变体积压力室4的压力随时间的变化，并绘制压力衰减曲线；具体包括以下子步骤：

S21：将所述可变体积压力室4的体积调整为优选后的体积，然后将目标岩心装入所述岩心夹持器7内，目标岩心装入前根据《GB/T 29172-2012岩心分析方法》进行洗盐和烘干；

S22：打开围压泵16、阀门三17，通过压力控制器二18将所述岩心夹持器7的围压升至模拟地层条件下的上覆岩石压力；打开阀门一2、阀门二6、三通阀12，开启真空泵15，对整个所述联测装置进行抽真空；

S23：关闭三通阀12，打开高压气源1、阀门一2、阀门二6，通过压力控制器一3将所述可变体积压力室4的压力升至模拟地层条件下的孔隙流体压力，关闭高压气源1、阀门一2和阀门二6；

S24：打开高压气源1、阀门一2，通过压力控制器一3将所述可变体积压力室4的压力升至预设压力三(预设压力三为孔隙流体压力与脉冲衰减压力之和，脉冲衰减压力与预设压力二保持一致，脉冲衰减压力保持一致能够保证步骤S1计算得到的死体积与优选出来的可变体积压力室体积可用)，关闭高压气源1、阀门一2，待所述压力监测装置一5监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室4压力；

S25：打开阀门二6，让气体等温膨胀进入所述岩心夹持器7内，通过数据采集装置20采集气体等温膨胀过程中，所述可变体积压力室4的压力衰减情况，直到整个系统压力达到平衡，同时绘制如图3所示的压力衰减曲线。

在一个具体的实施例中，绘制所述压力衰减曲线时，去除所述压力衰减曲线中的波动点，直至所述衰减曲线的对数曲线为相关程度大于等于0.99的直线。需要说明的是，本发明并不限制该相关程度一定大于等0.99，相关程度越接近1，后续计算结果的准确性越高，0.99仅为优选的相关程度，小于0.99相关程度的直线例如0.98、0.95等时也行，这仅能说明波动点去除的不够，而波动点的去除是为了使后续结果更加准确，因此可根据计算精度要求去除波动点。

S3：根据所述死体积以及所述压力衰减曲线，确定对应地层压力下所述目标岩心的孔隙度和渗透率。所述目标岩心的孔隙度通过下式进行计算：

式中：φ为目标岩心的孔隙度，％；V_pi为目标岩心的孔隙体积，cm³；V_b为目标岩心的体积，cm³；P_ik为气体等温膨胀前可变体积压力室压力，MPa；P_ib为气体等温膨胀后可变体积压力室压力，MPa；P_i为孔隙流体压力，MPa，V_k为可变体积压力室的优选体积，cm³；V_d为联测装置的死体积，cm³；

所述目标岩心的渗透率通过以下子步骤获得：

绘制如图4所示的压力监测装置一5监测的压力随时间变化的半对数压力衰减曲线，测得所述半对数压力衰减曲线的斜率，通过下式计算所述目标岩心的渗透率：

式中：k_gi为目标岩心的渗透率，mD；α_i为半对数压力衰减曲线的斜率，s^-1；μ为气体粘度，mPa·s；L为目标岩心的长度，cm；f_z为与气体性质相关系数，无量纲；A为目标岩心的横截面积，cm²；V_d为联测装置死体积(即岩心夹持器出口端至三通阀入口端之间的管线体积)，cm³。

在一个具体的实施例中，若已知某储层岩石在地层压力下的的孔隙流体压力随时间下降的曲线，则在采用本发明所述的地层压力下致密岩石孔渗联测方法进行孔渗联测时，步骤S2进行脉冲压力衰减测试过程中，步骤S23将可变体积压力室的压力升至模拟地层条件下的孔隙流体压力时，该压力为孔隙流体压力随时间下降的曲线上的P₁，此时步骤S25绘制的压力衰减曲线为P₁孔隙流体压力下的压力衰减曲线。步骤S25之后还包括步骤S26：打开三通阀12和阀门13，使可变体积压力室的压力下降至P₂，P₂为孔隙流体压力随时间下降的曲线上的另一个孔隙流体压力，且P₂小于P₁，重复步骤S24-S25，获得P₂孔隙流体压力下的压力衰减曲线，重复步骤S26，每次重复时将可变体积压力室4的压力依次下降至孔隙流体压力随时间下降的曲线上的P₃、P₄……P_i，从而获得各孔隙流体压力下的压力衰减曲线。后续步骤S3可计算得到P₁、P₂……P_i等各孔隙流体压力下对应的孔隙度和渗透率，从而获得该地层孔隙度和渗透率随时间变化的曲线。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种地层压力下致密岩石孔渗联测方法，其特征在于，采用地层压力下致密岩石孔渗联测装置进行测试，所述地层压力下致密岩石孔渗联测装置包括高压气源、可变体积压力室、岩心夹持器、围压泵、真空泵、恒温箱、数据采集装置；

所述高压气源与所述可变体积压力室的入口端相连，且相连的管路上依次设有阀门一、压力控制器一；

所述可变体积压力室与压力监测装置一相连，所述可变体积压力室的出口端与所述岩心夹持器的入口端相连，且相连的管路上设有阀门二；

所述岩心夹持器的侧壁与所述围压泵相连，且相连的管路上依次设有压力监测装置二、压力控制器二、阀门三；所述岩心夹持器与温度监测装置相连；所述岩心夹持器的入口端与出口端之间设有压差监测装置；所述岩心夹持器的出口端与所述真空泵相连，且相连的管路上依次设有压力监测装置三和三通阀，所述真空泵上设有压力监测装置四，所述三通阀的另一个出口与放空管相连，所述放空管上设有阀门四；

所述可变体积压力室与所述岩心夹持器设置在所述恒温箱内；所述压力控制器一、压力监测装置一、压力监测装置二、压力控制器二、温度监测装置、压差监测装置、压力监测装置三、压力监测装置四分别与所述数据采集装置相连；

所述地层压力下致密岩石孔渗联测方法包括以下步骤：

S1：标定所述联测装置的死体积，标定所述联测装置的死体积具体包括以下子步骤：

S11：将已知孔隙体积的标准岩心装入所述岩心夹持器内，确定所述可变体积压力室的当前体积；

S12：打开围压泵、阀门三，通过压力控制器二将所述岩心夹持器的围压升至预设压力一；

S13：打开阀门一、阀门二、三通阀，开启真空泵，对整个所述联测装置进行抽真空；

S14：关闭阀门二，打开高压气源、阀门一，通过压力控制器一将所述可变体积压力室的压力升至预设压力二，关闭高压气源、阀门一，待所述压力监测装置一监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室压力；

S15：打开阀门二，让气体等温膨胀进入所述岩心夹持器内，待所述压力监测装置一监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室压力；

S16：打开三通阀、阀门四，排出气体后卸载围压；

S17：更换i块不同孔隙体积的标准岩心，重复步骤S12-S16，记录岩心夹持器内装入各块不同孔隙体积的标准岩心时，所述可变体积压力室在气体等温膨胀前后的压力；

S18：绘制标准岩心孔隙体积与气体等温膨胀后可变体积压力室压力倒数的关系曲线，获得所述关系曲线的斜率及纵截距，根据下式计算所述可变体积压力室的优选体积以及所述联测装置的死体积：

V_d＝-(b+V_k) (2)

式中：V_k为可变体积压力室的优选体积，cm³；k为V与1/P之间关系曲线的斜率，无量纲；V为标准岩心的孔隙体积，cm³；P为气体等温膨胀后可变体积压力室压力，MPa；P_k为气体等温膨胀前可变体积压力室压力，MPa；V_d为联测装置的死体积，cm³；b为V与1/P之间关系曲线的纵截距，无量纲；

S2：将所述可变体积压力室的体积调整为优选后的体积，然后将目标岩心装入所述岩心夹持器内进行地层压力下的脉冲压力衰减测试，记录测试过程中可变体积压力室的压力随时间的变化，并绘制压力衰减曲线；

S3：根据所述死体积以及所述压力衰减曲线，确定对应地层压力下所述目标岩心的孔隙度和渗透率；所述目标岩心在地层条件下的孔隙度通过下式进行计算：

式中：φ为目标岩心的孔隙度，％；V_pi为目标岩心的孔隙体积，cm³；V_b为目标岩心的体积，cm³；P_ik为气体等温膨胀前可变体积压力室压力，MPa；P_ib为气体等温膨胀后可变体积压力室压力，MPa；P_i为孔隙流体压力，MPa；V_k为可变体积压力室的优选体积，cm³；V_d为联测装置的死体积，cm³；

所述目标岩心在地层条件下的渗透率通过以下子步骤获得：

绘制压力监测装置一监测的压力随时间变化的半对数压力衰减曲线，测得所述半对数压力衰减曲线的斜率，通过下式计算所述目标岩心的渗透率：

式中：k_gi为目标岩心的渗透率，mD；α_i为半对数压力衰减曲线的斜率，s^-1；μ为气体粘度，mPa·s；L为目标岩心的长度，cm；f_z为与气体性质相关系数，无量纲；A为目标岩心的横截面积，cm²；V_d为联测装置死体积，cm³。

2.根据权利要求1所述的地层压力下致密岩石孔渗联测方法，其特征在于，标定所述联测装置的死体积还包括步骤S19：将所述可变体积压力室的体积调节至步骤S18计算获得的优选体积，重复步骤S11-S19，直至第n次调节计算获得的联测装置死体积与第n-1次调节计算获得的联测装置死体积之间的差值在阈值范围内；此时，第n次调节计算获得的联测装置死体积即为所述联测装置的最终死体积；第n次调节计算获得的可变体积压力室优选体积即为所述可变体积压力室的最终优选体积。

3.根据权利要求2所述的地层压力下致密岩石孔渗联测方法，其特征在于，所述阈值范围为|V_dn-V_d(n-1)|≤2％，其中V_dn为第n次调节计算获得的联测装置死体积，cm³；V_d(n-1)为第n-1次调节计算获得的联测装置死体积，cm³。

4.根据权利要求1所述的地层压力下致密岩石孔渗联测方法，其特征在于，步骤S17中，i为小于10的正整数。

5.根据权利要求1所述的地层压力下致密岩石孔渗联测方法，其特征在于，所述标准岩心为钢制岩心。

6.根据权利要求1所述的地层压力下致密岩石孔渗联测方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下子步骤：

S21：将所述可变体积压力室的体积调整为优选后的体积，然后将目标岩心装入所述岩心夹持器内；

S22：打开围压泵、阀门三，通过压力控制器二将所述岩心夹持器的围压升至模拟地层条件下的上覆岩石压力；打开阀门一、阀门二、三通阀，开启真空泵，对整个所述联测装置进行抽真空；

S23：关闭三通阀，打开高压气源、阀门一、阀门二，通过压力控制器一将所述可变体积压力室的压力升至模拟地层条件下的孔隙流体压力，关闭高压气源、阀门一和阀门二；

S24：打开高压气源、阀门一，通过压力控制器一将所述可变体积压力室的压力升至预设压力三，关闭高压气源、阀门一，待所述压力监测装置一监测的压力稳定后，记录所述可变体积压力室压力；

S25：打开阀门二，让气体等温膨胀进入所述岩心夹持器内，通过数据采集装置采集气体等温膨胀过程中，所述可变体积压力室的压力衰减情况，直到整个系统压力达到平衡，同时绘制压力衰减曲线。

7.根据权利要求6所述的地层压力下致密岩石孔渗联测方法，其特征在于，绘制所述压力衰减曲线时，去除所述压力衰减曲线中的波动点，直至所述衰减曲线的对数曲线为相关程度大于等于0.99的直线。

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