一种模拟致密油衰竭式开采过程中孔径变化的实验装置及方法与流程

技术特征：

1.一种模拟致密油衰竭式开采过程中岩心孔径变化状态的装置，其特征在于，它包括：岩心压力加载单元(1)、岩心夹持器(2)、岩心数据采集单元(3)、核磁共振仪(4)；

所述岩心压力加载单元(1)用于模拟致密油衰竭式开采过程中岩心承载的压力，包括：ISCO泵(11)、左侧工作液活塞容器(12)、右侧回压阀(13)、围压阀(14)；所述ISCO泵(11)用于以40MPa以下压力推动所述左侧工作液活塞容器(12)中的活塞；所述左侧工作液活塞容器(12)用于泵注中性煤油以通过岩心夹持器左旋紧堵头(23)内管向岩心施加40MPa以下的驱替压力；所述右侧回压阀(13)用于通过岩心夹持器右旋紧堵头(25)内管向岩心施加30MPa以下的轴向压力；所述围压阀(14)用于向岩心夹持器壳体(21)内施加50MPa以下的压力，在所述岩心夹持器橡胶管(24)周围形成50MPa以下的压力，使所述岩心夹持器橡胶管(24)能够以50MPa以下的压力夹紧岩心，阻止中性煤油沿着岩心与岩心夹持器橡胶管(24)的间隙流动；

所述岩心夹持器(2)用于夹紧固定岩心，包括：岩心夹持器壳体(21)、岩心夹持器密封盖(22)、岩心夹持器左旋紧堵头(23)、岩心夹持器橡胶管(24)、岩心夹持器右旋紧堵头(25)、手动旋转加压手柄(26)；所述岩心夹持器壳体(21)内部为空腔结构，所述岩心夹持器橡胶管(24)位于空腔内部，当通过所述围压阀(14)向所述岩心夹持器壳体(21)内部泵入水以加载压力时，所述岩心夹持器壳体(21)与所述岩心夹持器橡胶管(24)受压后，形成密闭状态；所述岩心夹持器密封盖(22)用于封闭所述岩心夹持器壳体(21)内部空腔，同时便于在空腔内部安装或拆除所述径向位移传感器(34)；所述岩心夹持器左旋紧堵头(23)用于封闭在所述岩心夹持器橡胶管(24)内的岩心，所述岩心夹持器左旋紧堵头(23)内管向岩心传递所述左侧工作液活塞容器(12)加载的煤油压力；所述岩心夹持器橡胶管(24)用于内置岩心，当所述岩心夹持器橡胶管(24)受到通过所述围压阀(14)加载的压力后，夹紧岩心；所述岩心夹持器右旋紧堵头(25)用于封闭在所述岩心夹持器橡胶管(24)内的岩心，所述岩心夹持器右旋紧堵头(25)内管向岩心传导所述右侧回压阀(13)加载的压力；所述手动旋转加压手柄(26)固接在所述岩心夹持器右旋紧堵头(25)上，旋转所述手动旋转加压手柄(26)可带动所述岩心夹持器右旋紧堵头(25)轴向移动，向岩心加载压力或降低岩心压力；

所述数据采集单元(3)包括：泵注压力传感器(31)、回压压力传感器(32)、流量监测器(33)、径向位移传感器(34)；所述泵注压力传感器(31)用于测量显示所述左侧工作液活塞容器(12)加载在岩心上的压力；所述回压压力传感器(32)用于测量显示所述右侧回压阀(13)加载在岩心上的压力；所述流量监测器(33)用于接收和测量从岩心流出的液体流量；

所述核磁共振仪(4)用于为所述岩心夹持器(2)提供核磁磁场，并测量岩心实验过程中T2谱的变化。

2.一种致密油衰竭式开采过程中岩心孔径变化状态测量方法，它使用权利要求1所述的一种模拟致密油衰竭式开采过程中岩心孔径变化状态的装置，其特征在于：包括下列步骤：

A.确定储层岩心孔隙流体压力、上覆岩层应力和水平地应力；

设：地层水密度为ρ_w、储层深度为h、重力加速度为g、地层密度为ρ_s、构造应力为σ_s、岩石泊松比为v；

则：

孔隙流体压力Pp为：

P_p＝ρ_wgh

上覆岩层压力σv为：

${\mathrm{\σ}}_v={\∫}_0^h{\mathrm{\ρ}}_x\left(h\right)ghdh$

水平地应力σh为：

σ_h＝vσ_v+σ_s

B.测定橡皮管径向变形；

将2.5cm实心圆柱形钢制假岩心放入夹持器橡皮管内，将橡胶管围压加载至σ_v-P_p，手动旋转手动旋转加压手柄，将轴向应力增至σ_h-P_p，设定5个有效应力点，按照相同的大小，同步降低围压和轴压，测定橡皮管的径向变形量；

C.恢复圆柱形岩心原始应力和孔隙压力；

设：圆柱形岩心半径为R、长度为L、孔隙度为渗透率为k、表面弛豫率为ρ；

将致密油岩心抽真空饱和中性煤油，并将岩心放入夹持器橡皮管内，以逐步增压的方式调节驱动压力和回压，将岩心孔隙压力增加至储层原始孔隙流体压力，围压增至上覆岩层应力，轴压增至水平地应力；

D.模拟致密油储层衰竭开采过程；

选择某一流速，进行中性煤油驱替，按照步骤A设定的5个有效应力点，依次减小出口回压，模拟衰竭开采过程中储层孔隙压力降低引起的储层应力敏感损害，记录渗透率、径向位移ΔR和核磁共振T2谱变化；

E.根据岩心径向位移ΔR，得到圆柱形岩心孔径变化Δr，即毛细管的径向位移；

设：圆柱形岩心内部毛管数为n，样品径向位移为ΔR，

则：圆柱形岩心径向尺寸减少Δr，引起的圆柱形岩心尺寸变化为：

[πR²-π(R-Δr)²]·L＝π(2RΔR-ΔR²)L

毛细管孔径减小Δr引起的变化为：

πn(2rΔr-Δr²)L

毛细管孔径的减小量为：

F：根据岩心核磁共振T2谱变化，得到圆柱形岩心孔径的变化Δr；

设：圆柱形岩心某一孔径处的核磁共振T2谱谱面积变化ΔA_r、含水体积换算系数为α；

则：核磁共振T2谱可以换算成圆柱形岩心孔径半径r为：

r＝2T₂ρ

上式可以看出：核磁共振T2谱的谱面积则与含水量成正比；

则：圆柱形岩心某一孔径内部含水量变化ΔV_r：

ΔV_r＝αΔA_r

圆柱形岩心孔径减小量Δr为：

$\mathrm{\Δ}r=r-\sqrt{\frac{{\mathrm{\ΔV}}_r}{\mathrm{\π}L}}$

G:对比步骤E和步骤F中的孔径变化Δr，得到分析致密油衰竭式开采过程中孔径变化的状态。