基于致密岩心的渗透率测量模型实验的应用研究.doc

中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123677
基于致密岩心的渗透率测量模型
试验的应用研究
高诚1,胥蕊娜1,薛华庆2,姜培学1
1. 二氧化碳资源利用与减排技术北京市重点实验室,
热科学与动力工程教育部重点实验室,清华大学热能工程系,北京 100084
2. 中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院,廊坊 065007
Tel: (010)62772661, Email: ******@tsinghua.
摘要:对于渗透率低于10-5μm2的低渗透率岩心,传统的常规渗透率测试方法存在有一定的局限性。瞬态压力脉冲衰减法是多种低渗透率测量方法中成本低、操作简便和应用最为广泛的方法。本文介绍了该方法的原理、理论成果以及不同模型计算结果比较分析。结果表明,所有模型计算得到的结果同美国岩心公司进口的气体渗透率测试仪对比结果符合良好。在考虑气体吸附效应的情况时,应使用CUI模型进行计算,同时,需要注意考虑气体吸附效应大小的参数的选值。
关键词:瞬态压力脉冲衰减法;低渗透率;气体吸附效应
1 前言
渗透率是多孔材料的一种重要性质,它表征在外加压力梯度的作用下一种流体通过多孔材料的容易程度。岩石是一种天然的多孔材料,其渗透率的分布范围超过10个数量级[1]。对于渗透率大于10-5μm2的岩石可以使用传统稳态流方法测定,材料的渗透率为
(1)
式中,是流体的流动速度,每单位时间通过的体积,是流体的粘度,是施加在岩样长度两端的压力差。
渗透率低于10-15—10-21 m2的岩石则广泛存在于低渗透性油气田开发[2]、二氧化碳地质封存[3]、页岩气开采[4]等工程应用研究中,因此迫切需要对低渗透率的致密岩心有进一步的了解认识。传统的稳态流测渗透率方法对低渗透率的致密岩心并不适用,主要有以下原因:试验测量过程时间跨度大,耗时长;系统流量太小,难以进行精确测量和控制。
Brace等人于1968年首先提出了使用压力脉冲法[5]的低渗透率测量方法,这种非稳态流测量渗透率的方法可以大大缩短测量时间。并且,由于测量过程中只需要监测压力而不是流量,使得试验系统的精度能得到很好地保证,从而提高渗透率的测量精度。
在随后的几十年中,许多学者以压力脉冲法测量渗透率为基本思路,提出新的模型,来完善改进这种非稳态方法测量渗透率。目前,主要有以下三类模型得到广泛的认可和应用,分别是由Jones提出的能明显缩短测量时间的改进模型[6]、美国石油学会标准模型[7]以及由CUI等人提出的考虑气体吸附作用模型[8]。
虽然这三类模型已经在石油开采、二氧化碳地质封存、页岩气勘探等工程领域的地质测量分析得到了广泛的应用。但是,基于同种岩样的渗透率测量,对上述三类模型的比较分析
鲜有文献报道。本文在此基础上,总结了压力脉冲方法的基本理论、模型计算步骤、比较分析了三种模型对同一岩样的测量计算结果精度,其中,标准结果是由美国Core Lab公司生产的岩心气体渗透率测量仪。
2 压力脉冲方法理论
如图1所示,渗透率测量试验系统由上游箱、下游箱以及固定岩样的岩心夹持器组成。在整体试验系统内部达到压力平衡时,一个小的压力脉冲作用于岩心夹持器上游的压力容器上游箱内,此时,试验系统内形成一维渗流,随后,压力脉冲穿过岩样并进入下游的压力容器下游箱内。然后,