CN115405286A - 一种各向异性储层应力敏感性测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油钻井工程领域，具体涉及一种各向异性储层应力敏感性测量装置及测量方法。所述装置受计算机系统控制，包括气瓶、液瓶、气液室、反应釜、橡胶套、收集瓶，气瓶、液瓶连接气液室，所述气液室连接反应釜内的试样，然后连接反应釜外部的收集瓶；橡胶套放置于反应釜内部，试样放置于所述橡胶套内部，橡胶套的上下及左右安装液压千斤顶。本发明所述测量装置结构合理、操作简单，可以测量不同应力状态下各向异性试样的渗透率，更好的模拟原始地应力状态，而且还可以得到同一块各向异性试样在不同方向上的渗透率，其测量方法可靠，可以更好的反应试样的各向异性。

Description

一种各向异性储层应力敏感性测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于石油钻井工程领域，具体涉及一种各向异性储层应力敏感性测量装置及测量方法。

背景技术

储层应力敏感性可以是指渗透率随应力变化的性质，在不同的应力状态下，储层试样的渗透率并不是一个常数，并且，由于受到其沉积环境的影响，试样的渗透率表现出明显的各向异性，使得试样的开采及效果评价并不理想。因此，准确的测量各向异性试样的储层应力敏感性具有重要的工程意义。

现有的研究中大多数是通过改变上覆岩层的压力的方法来测定渗透率，这些反应釜大多不能较好的体现不同应力状态下的试样的各向异性，且实际操作不太简便，制约了对各向异性试样储层应力敏感性的测试。现有的反应釜采用通入气体流量的方法来测量渗透率，然而用这种方法测得的结果精度并不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种各向异性储层应力敏感性测量装置及测量方法，在不同应力条件下，对各向异性试样分别进行横向及纵向实验，获得试样在不同应力条件下、不同方向的气相渗透率数据及液相渗透率数据。

采用的技术方案为：

一种各向异性储层应力敏感性测量装置，包括气瓶、液瓶、气液室、反应釜、橡胶套、真空泵、温度传感器和收集瓶，所述反应釜扣合在底座上，橡胶套放置于反应釜内部，试样放置于所述橡胶套内部，橡胶套底部通过液压千斤顶设置于底座上，在橡胶套的上及左右三个面上也安装液压千斤顶；

所述真空泵通过管线安装在反应釜外部，所述温度传感器插入反应釜内部并固定；

所述气瓶出口通过进气软管连接气液室、液瓶出口通过进液软管连接气液室，所述气液室分别通过横向进入通道、纵向进入通道连接反应釜内的试样，然后通过横向排出通道、纵向排出通道连接反应釜外部的收集瓶；

各所述液压千斤顶、温度传感器、真空泵、各自动阀门通过无线数据信号或连接线连接计算机系统。

优选的，所述橡胶套为方形结构，通过上盖实现开合，其中心设有方形结构的空腔，试样的大小、结构与所述空腔相适配，所述上盖上安装密封圈，盖合时通过密封圈实现密封。

优选的，所述橡胶套的上端面设有与纵向进入通道连接的开孔，下端面设有与纵向排出通道连接的开孔，左端面设有与横向进入通道连接的开孔，右端面设有与横向排出通道连接的开孔，各开孔处安装密封圈，各开孔设置于液压千斤顶的旁边。

优选的，所述气瓶、液瓶的出口处分别设有自动阀门；所述气液室与横向进入通道连接处、与纵向进入通道的连接处分别设有自动阀门；所述横向排出通道、纵向排出通道连接所述收集瓶的入口处分别设置自动阀门；所述真空泵的出口处设置自动阀门。

优选的，所述底座与反应釜的连接处设有密封圈；所述底座上设有与纵向排出通道、横向排出通道相适配的开孔，纵向排出通道、横向排出通道穿过开孔，并在开孔位置安装密封圈；所述反应釜的上壁板设有与纵向进入通道、横向进入通道、真空泵的管线相适配的开孔，并在开孔处安装密封圈。

优选的，所述横向进入通道、纵向进入通道上分别安装压力表；在所述反应釜外部段的横向排出通道上依次安装压力表、气体流量计、液体流量计，纵向排出通道上亦依次安装压力表、气体流量计、液体流量计。

优选的，所述橡胶套放置于底座中央位置的液压千斤顶上端面；所述反应釜的上壁板、左侧壁、右侧壁设置安装液压千斤顶的支架，各支架正好可以支撑或固定住液压千斤顶，并使各液压千斤顶的顶端面与所述橡胶套的相应面接触。

优选的，各所述液压千斤顶与橡胶套接触的端面设有橡胶垫。

上述一种各向异性储层应力敏感性测量装置的测量方法，包括以下具体步骤：

(1)选取各向异性试样加工成立方体形状的试样，将试样放入橡胶套中，盖合上盖，密封；

(2)将橡胶套放置于底座中央位置的液压千斤顶上，其他各液压千斤顶安装在反应釜的支架上，将反应釜扣合与底座上，通过密封圈密封；

(3)打开真空泵，抽取反应釜内空气，达到预设值后，关闭真空泵；

(4)打开气瓶、液瓶的自动阀门，将气体和液体分别通入到气液室中，后打开纵向进入通道和纵向排出通道上收集瓶入口处的两个自动阀门，将气液通入到试样中，同时打开试样的上下两个方向的液压千斤顶，给试样施加应力，达到预设值后，利用纵向排出通道上的气体流量计测得通过的气体流量、利用液体流量计测得通过的液体流量，利用纵向进入通道的压力表测量进口压力设为P₁，利用纵向排出通道上的压力表测量出口压力设为P₂，实验结束后，关闭纵向进入通道和收集瓶入口处的自动阀门；

(5)打开横向进入通道和横向排出通道上收集瓶入口处的两个自动阀门，将气液通入到试样中，同时打开试样的左右两个方向的液压千斤顶，给试样施加应力，达到预设值后，利用横向排出通道上的气体流量计测得通过的气体流量、利用液体流量计测得通过的液体流量，利用横向进入通道的压力表测量进口压力设为P₁，利用横向排出通道上的压力表测量出口压力设为P₂，实验结束后，关闭所有自动阀门；

(6)将上述气体流量值、液体流量值和进出口压力值分别代入水合物气相、液相渗透率公式，得到该方向上水合物试样的气相渗透率及液相渗透率；

式中，K_ge为气相渗透率，K_we为液相渗透率；Q_g为气体流量，mL/s；Q_w为液体流量，mL/s；μ_g为气体黏度，MPa·s；μ_w为液体黏度，MPa·s；L为水合物试样长度，cm；P₁，P₂分别为进出口压力，MPa；P_a为大气压力，MPa；

(7)在试样的放置方向不变的情况下，改变应力条件，重复上述步骤(4)到(6)，得到同一块各向异性试样在不同应力状态下的渗透率数据；

(8)在应力条件不变的情况下，改变试样在所述橡胶套内的放置方向，重复上述步骤(4)

到(6)，得到同一块各向异性试样在不同方向的渗透率数据；

其中，各所述液压千斤顶、真空泵安装好后，通过计算机系统启动和关闭，或者设定数值进行自动关闭；各自动阀门通过计算机系统进行开启和关闭；温度传感器、压力表、气体流量计、液体流量计将数值输出给计算机系统，通过计算机系统进行计算。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明所述测量装置结构合理、操作简单，可以测量不同应力状态下各向异性试样的渗透率，更好的模拟原始地应力状态；

(2)本发明所述测量装置可以得到同一块各向异性试样不同方向上的液相渗透率及气相渗透率，其测量方法可靠，可以更好的反应试样的各向异性。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意简图(不包括计算机系统)；

图2为本发明的橡胶套结构剖面图；

图3为本发明的橡胶套结构立体面图；

图4为本发明的各向异性试样立体图。

图中，1、气瓶，2、液瓶，3、第一自动阀门，4、第二自动阀门，5、进气软管，6、进液软管，7、气液室，8、第三自动阀门，9、第四自动阀门，10、纵向进入通道，11、横向进入通道，12、反应釜，13、试样，14、橡胶套，15、第六自动阀门，16、橡胶垫，17、第五自动阀门，18、收集瓶，19、底座，20、密封圈，21、纵向排出通道，22、横向排出通道，23、第一气体流量计，24、第二气体流量计，25、第一液体流量计，26、第二液体流量计，27、第七自动阀门，28、真空泵，29、温度传感器，30、密封圈，31、第一压力表，32、第二压力表，32、第三压力表，34、第四压力表，35、支架，36、液压千斤顶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，即所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。附图某些部件会省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域的技术人员来说，附图中的某些公知结构及其说明可能省略；术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“侧”、“端”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种各向异性水合物储层应力敏感性测量装置的结构简图，液压千斤顶36、计算机系统均采用现有技术，计算机系统中安装符合测试装置的软件，图中略。所述装置包括气瓶1、液瓶2、气液室7、反应釜12、橡胶套14、真空泵28、温度传感器29和收集瓶18，所述反应釜12扣合在底座19上，橡胶套14放置于反应釜12内部，试样13放置于所述橡胶套14内部，橡胶套14底部通过液压千斤顶36设置于底座19上，在橡胶套14的上及左右三个面上也安装液压千斤顶36，用于给试样13施加应力；

所述真空泵28通过管线安装在反应釜12外部，用于抽空反应釜12内的空气，所述温度传感器29插入反应釜12内部并固定，用于测量反应釜12内的温度；

所述气瓶1出口通过进气软管5连接气液室7、液瓶2出口通过进液软管6连接气液室7，所述气液室7分别通过横向进入通道11、纵向进入通道10连接反应釜12内的水合物试样13，然后通过横向排出通道22、纵向排出通道23连接反应釜12外部的收集瓶18；

各所述液压千斤顶36、温度传感器29、真空泵28、各自动阀门通过无线数据信号或连接线连接计算机系统，计算机系统控制各所述液压千斤顶36、真空泵28、各自动阀门的开启或关闭，温度传感器29将测量数据传输给计算机系统。

如图2、3所示，所述橡胶套14为方形结构，具体为正方体结构，通过上盖实现开合，其中心设有方形结构的空腔，打开上盖可将水合物试样13放置于其空腔内。如图4所示，试样13的大小、结构与所述空腔相适配，所述上盖上安装一圈密封圈，盖合时通过密封圈实现密封。

所述橡胶套14放置于底座19中央位置的液压千斤顶上端面；所述反应釜12的上壁板、左侧壁、右侧壁设置安装液压千斤顶的支架，各液压千斤顶的底端与上壁板、左侧壁、右侧壁接触，各液压千斤顶的顶端面与所述橡胶套14的相应面接触，为了施加应力时可以保持平衡。所述橡胶套14的上端面设有与纵向进入通道10连接的开孔，下端面设有与纵向排出通道21连接的开孔，左端面设有与横向进入通道11连接的开孔，右端面设有与横向排出通道22连接的开孔，各开孔处安装密封圈30，各开孔设置于液压千斤顶36的旁边。

进一步地，各所述液压千斤顶与橡胶套接触的端面设有橡胶垫，可以进一步保护橡胶套14，不容易损坏。

所述气瓶出口处设有第一自动阀门3，液瓶的出口处设置第二自动阀门；气体与液体进入气液室混合，所述气液室7与横向进入通道11连接处设有第四自动阀门9，与纵向进入通道10的连接处设有第三自动阀门8；所述横向排出通道22连接所述收集瓶18的入口处设置第六自动阀门15，纵向排出通道21连接所述收集瓶18的入口处设置第五自动阀门17；所述真空泵28的出口处设置第七自动阀门29。

为了实现反应釜12、橡胶套14的密封，所有与之连接的开孔处均安装密封圈，用于开孔与管道连接处的密封。反应釜12扣合于底座19上，连接处亦设置密封圈20。

在所述横向进入通道11上安装第二压力表32、纵向进入通道10上安装第一压力表31；在所述反应釜12外部段的纵向排出通道21上依次安装第三压力表33、第一气体流量计23、第一液体流量计25，在横向排出通道22上依次安装第四压力表34、第二气体流量计24、第二液体流量计26。

上述一种各向异性水合物储层应力敏感性测量装置的测量方法，包括以下具体步骤：

(1)选取各向异性水合物加工成立方体形状的试样13，将试样13放入橡胶套14中，盖合上盖，密封；

(2)将橡胶套14放置于底座19中央位置的液压千斤顶上，其他各液压千斤顶安装在反应釜13的支架上，将反应釜12扣合与底座19上，通过密封圈密封；

(3)打开真空泵28，抽取反应釜12内空气，以防反应釜12内部的空气对实验造成干扰，达到预设值后，关闭真空泵28；

(4)打开第一自动阀门3，第二自动阀门4，将气体和液体分别通入到气液室7中，后打开第三自动阀门8、第五自动阀门17，将气液通入到水合物试样13中，同时打开试样13的上下两个方向的液压千斤顶，给试样13施加应力，达到预设值后，利用第一气体流量计23测得通过的气体流量、利用第一液体流量计25测得通过的液体流量，利用第一压力表31测量进口压力设为P₁，利用第三压力表33测量出口压力设为P₂，实验结束后，关闭第三自动阀门8、第五自动阀门17；

(5)打开第四自动阀门9、第六自动阀门15，将气液通入到水合物试样13中，同时打开试样13的左右两个方向的液压千斤顶，给试样施加应力，达到预设值后，利用第二气体流量计24测得通过的气体流量、利用第二液体流量计26测得通过的液体流量，利用第二压力表32测量进口压力设为P₁，利用第四压力表34测量出口压力设为P₂，实验结束后，关闭所有自动阀门；

(6)将上述气体流量值、液体流量值和进出口压力值分别代入试样气相、液相渗透率公式，得到该方向上试样的气相渗透率及液相渗透率；

式中，K_ge为气相渗透率，K_we为液相渗透率；Q_g为气体流量，mL/s；Q_w为液体流量，mL/s；μ_g为气体黏度，MPa·s；μ_w为液体黏度，MPa·s；L为水合物试样长度，cm；P₁，P₂分别为进出口压力，MPa；P_a为大气压力，MPa；

(7)在试样的放置方向不变的情况下，改变应力条件，重复上述步骤(4)到(6)，得到同一块各向异性试样在不同应力状态下的渗透率数据；

(8)在应力条件不变的情况下，改变试样在所述橡胶套内的放置方向，重复上述步骤(4)到(6)，得到同一块各向异性试样在不同方向的渗透率数据。

根据需要，为了得到的数据更准确，可以重复进行几次测量。

本发明所述的反应釜12采用不锈钢硬质材料做成，其内部的上、左、右侧壁上安装用来支撑液压千斤顶36的支架35，液压千斤顶36采用现有技术中常规的、体积比较小巧的、可以自动控制的液压千斤顶，各支架35的安装结构与位置和液压千斤顶36相适配，支架35正好可以支撑或固定住各液压千斤顶36，使其施加力的时候，可以使劲挤压橡胶套14内的试样13，图1中只是画了简图。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，加上电路连接亦采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非发明的装置仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式，也在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种各向异性储层应力敏感性测量装置，其特征在于，包括气瓶、液瓶、气液室、反应釜、橡胶套、真空泵、温度传感器和收集瓶，所述反应釜扣合在底座上，橡胶套放置于反应釜内部，试样放置于所述橡胶套内部，橡胶套底部通过液压千斤顶设置于底座上，在橡胶套的上及左右三个面上也安装液压千斤顶；

所述真空泵通过管线安装在反应釜外部，所述温度传感器插入反应釜内部并固定；

所述气瓶出口通过进气软管连接气液室、液瓶出口通过进液软管连接气液室，所述气液室分别通过横向进入通道、纵向进入通道连接反应釜内的试样，然后通过横向排出通道、纵向排出通道连接反应釜外部的收集瓶；

各所述液压千斤顶、温度传感器、真空泵、各自动阀门通过无线数据信号或连接线连接计算机系统。

2.根据权利1所述的一种各向异性储层应力敏感性测量装置，其特征在于，所述橡胶套为方形结构，通过上盖实现开合，其中心设有方形结构的空腔，试样的大小、结构与所述空腔相适配，所述上盖上安装密封圈，盖合时通过密封圈实现密封。

3.根据权利要求2所述的一种各向异性储层应力敏感性测量装置，其特征在于，所述橡胶套的上端面设有与纵向进入通道连接的开孔，下端面设有与纵向排出通道连接的开孔，左端面设有与横向进入通道连接的开孔，右端面设有与横向排出通道连接的开孔，各开孔处安装密封圈，各开孔设置于液压千斤顶的旁边。

4.根据权利要求1所述的一种各向异性储层应力敏感性测量装置，其特征在于，所述气瓶、液瓶的出口处分别设有自动阀门；所述气液室与横向进入通道连接处、与纵向进入通道的连接处分别设有自动阀门；所述横向排出通道、纵向排出通道连接所述收集瓶的入口处分别设置自动阀门；所述真空泵的出口处设置自动阀门。

5.根据权利要求1所述的一种各向异性储层应力敏感性测量装置，其特征在于，所述底座与反应釜的连接处设有密封圈；所述底座上设有与纵向排出通道、横向排出通道相适配的开孔，纵向排出通道、横向排出通道穿过开孔，并在开孔位置安装密封圈；所述反应釜的上壁板设有与纵向进入通道、横向进入通道、真空泵的管线相适配的开孔，并在开孔处安装密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种各向异性储层应力敏感性测量装置，其特征在于，所述横向进入通道、纵向进入通道上分别安装压力表；在所述反应釜外部段的横向排出通道上依次安装压力表、气体流量计、液体流量计，纵向排出通道上亦依次安装压力表、气体流量计、液体流量计。

7.根据权利要求1所述的一种各向异性储层应力敏感性测量装置，其特征在于，所述橡胶套放置于底座中央位置的液压千斤顶上端面；所述反应釜的上壁板、左侧壁、右侧壁设置安装液压千斤顶的支架，各支架正好可以支撑或固定住液压千斤顶，并使各液压千斤顶的顶端面与所述橡胶套的相应面接触。

8.根据权利要求7所述的一种各向异性储层应力敏感性测量装置，其特征在于，各所述液压千斤顶与橡胶套接触的端面设有橡胶垫。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种各向异性储层应力敏感性测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

(1)选取各向异性试样加工成立方体形状的试样，将试样放入橡胶套中，盖合上盖，密封；

(2)将橡胶套放置于底座中央位置的液压千斤顶上，其他各液压千斤顶安装在反应釜的支架上，将反应釜扣合与底座上，通过密封圈密封；

(3)打开真空泵，抽取反应釜内空气，达到预设值后，关闭真空泵；

(4)打开气瓶、液瓶的自动阀门，将气体和液体分别通入到气液室中，后打开纵向进入通道和纵向排出通道上收集瓶入口处的两个自动阀门，将气液通入到试样中，同时打开试样的上下两个方向的液压千斤顶，给试样施加应力，达到预设值后，利用纵向排出通道上的气体流量计测得通过的气体流量、利用液体流量计测得通过的液体流量，利用纵向进入通道的压力表测量进口压力设为P₁，利用纵向排出通道上的压力表测量出口压力设为P₂，实验结束后，关闭纵向进入通道和收集瓶入口处的自动阀门；

(5)打开横向进入通道和横向排出通道上收集瓶入口处的两个自动阀门，将气液通入到试样中，同时打开试样的左右两个方向的液压千斤顶，给试样施加应力，达到预设值后，利用横向排出通道上的气体流量计测得通过的气体流量、利用液体流量计测得通过的液体流量，利用横向进入通道的压力表测量进口压力设为P₁，利用横向排出通道上的压力表测量出口压力设为P₂，实验结束后，关闭所有自动阀门；

(6)将上述气体流量值、液体流量值和进出口压力值分别代入气相、液相渗透率公式，得到该方向上试样的气相渗透率及液相渗透率；

式中，K_ge为气相渗透率，K_we为液相渗透率；Q_g为气体流量，mL/s；Q_w为液体流量，mL/s；μ_g为气体黏度，MPa·s；μ_w为液体黏度，MPa·s；L为水合物试样长度，cm；P₁，P₂分别为进出口压力，MPa；P_a为大气压力，MPa；

(7)在试样的放置方向不变的情况下，改变应力条件，重复上述步骤(4)到(6)，得到同一块各向异性试样在不同应力状态下的渗透率数据；

(8)在应力条件不变的情况下，改变试样在所述橡胶套内的放置方向，重复上述步骤(4)到(6)，得到同一块各向异性试样在不同方向的渗透率数据；

其中，各所述液压千斤顶、真空泵安装好后，通过计算机系统启动和关闭，或者设定数值进行自动关闭；各自动阀门通过计算机系统进行开启和关闭；温度传感器、压力表、气体流量计、液体流量计将数值输出给计算机系统，通过计算机系统进行计算。

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