一种低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置，属于低渗透致密砂岩油气藏产能预测技术领域。

背景技术：

低渗透致密砂岩是指孔隙度小于10％，渗透率小于1mD的砂岩岩石。我国低渗透致密砂岩中的油气储量十分丰富，但相比于常规油气藏，其开采难度较大，因此一直以来均未得到有效开发。目前，由于我国能源需求量的增加以及能源消费结构的变化，需要加快对这类非常规油气资源的开发工作，而产能预测作为油气勘探开发过程中的重要环节，需要进一步深入研究。

岩石的应力敏感特性是指岩石的孔隙度和渗透率会随着其受力状态的改变而发生变化，而岩石的孔隙度和渗透率是油气产能预测过程中的基础参数，对预测结果的影响十分巨大。目前大量的研究表明，低渗透致密砂岩具有很强的应力敏感性，因此准确评价低渗透致密砂岩的应力敏感程度对这类油气藏的产能预测有着十分重要的意义。

岩石的应力敏感系数是其应力敏感程度的表征参数，一般通过实验获取，但如今常用的应力敏感系数测量装置误差较大、装置结构复杂且成本较高。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置，其目的在于，解决现有技术中存在的上述问题。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供了一种低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置，包括依次相连的高纯度气罐、调节阀、空气增压泵、四通阀、第一单向阀、第一泄压阀、第一压力传感器、岩心夹持器、第二压力传感器、回压阀、气体粘度计和定容罐。

在本实用新型提供的实施例中，上述岩心夹持器上设有第三压力传感器，第三压力传感器和四通阀相连，且四通阀和第三压力传感器之间依次设有第二单向阀和第二泄压阀。

在本实用新型提供的实施例中，上述回压阀和四通阀相连，且四通阀和回压阀之间依次设有第三单向阀和第三泄压阀。

在本实用新型提供的实施例中，上述高纯度气罐中的检测气源为氮气。

在本实用新型提供的实施例中，上述定容罐中设有氮气浓度检测传感器。

在本实用新型提供的实施例中，上述低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置还包括接收器，接收器和第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、气体粘度计和氮气浓度检测传感器相连，用于显示并记录不同时间点的压力、粘度和氮气浓度数据。

在本实用新型提供的实施例中，上述低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置还包括恒温箱，所述恒温箱内设有岩心夹持器。

在本实用新型提供的实施例中，上述四通阀沿顺时针方向依次设有第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，其中第一接口和空气增压泵相连，第二接口和第二单向阀相连，第三接口和第一单向阀相连，第四接口和第三单向阀相连。

在本实用新型提供的实施例中，上述定容罐上设有气压控制阀，气压自动发为常闭式，但当定容罐中的压力大于5MP时，该气压控制阀自动开启，将定容罐中的气体排出，防止定容罐中压力过大而引起定容罐爆炸。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置巧妙的使用了四通阀，大大简化了测量装置，节约了仪器成本；引入了接收器及其配套的压力传感器、浓度检测传感器和粘度计，提高了测量装置的自动化程度和测量精度，降低了人为因素对测量结果的影响；利用浓度检测器得到浓度变化量来计算气测渗透率，很好的解决了低渗透致密砂岩岩心出口流量小，气测渗透率测量误差大的难题，从而能够很好地评价低渗透致密砂岩的应力敏感程度，为现场低渗透致密砂岩油气藏的产能预测提供重要的理论支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本实用新型提供的低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置结构图；

图2本实用新型提供的四通阀结构图。

图示：100-低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置；1-高纯度气罐；2-调节阀；3-空气增压泵；4-四通阀；第一接口41；第二接口42；第三接口43；第四接口44；5-第一单向阀； 6-第一泄压阀；7-第一压力传感器；8-岩心夹持器；9-恒温箱；10-岩心；11-第二压力传感器； 12-回压阀；13-粘度计；14-定容罐；15-气压控制阀；16-第二单向阀；17-第二泄压阀；18- 第三压力传感器；19-第三单向阀；20-第三泄压阀；21-接收器；22-氮气浓度检测传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1，本实用新型提供了一种低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置100，包括依次相连的高纯度气罐1、调节阀2、空气增压泵3、四通阀4、第一单向阀5、第一泄压阀6、第一压力传感器7、岩心夹持器8、第二压力传感器11、回压阀12、气体粘度计13和定容罐14。

高纯度气罐1上设有调节阀2，用来调节该高纯度气罐1的出气量。

在本实施例中，高纯度气罐1中的检测气源为氮气。

空气增压泵3用于给检测气源的气体(氮气)加压。

岩心夹持器8上设有第三压力传感器18，第三压力传感器18和四通阀4相连，且四通阀4和第三压力传感器18之间依次设有第二单向阀16和第二泄压阀17。

回压阀12和四通阀4相连，且四通阀4和回压阀12之间依次设有第三单向阀19和第三泄压阀20。

在本实施例中，上述回压阀12用于调节岩心10的出口压力。

如图2，四通阀4沿顺时针方向依次设有第一接口41、第二接口42、第三接口43和第四接口44：其中第一接口41和空气增压泵3相连，是检测气体(氮气)进气口，在测量中为常开接口；第二接口42和第二单向阀16相连，打开第二接口42和第二泄压阀17可对岩心夹持器8的环空进行加围压；第三接口43和第一单向阀5相连，打开第三接口43和第一泄压阀6可调节岩心10的入口压力；第四接口44和第三单向阀19相连，配合回压阀12用于调节岩心10的出口加压；因此，打开或关闭四通阀4中的一个或多个接口，可实现相应的功能，该四通阀4的使用大大简化了测量装置，节约了投资成本。

第一单向阀5、第二单向阀16和第三单向阀19是为了确保能同时对围压、岩心10的入口压力及岩心10的出口压力中的任意2个或3个进行增压操作，且彼此之间能达到测量所需的压力差。

恒温箱9内设有岩心夹持器8，该夹持器中设有岩心10。

定容罐14上设有气压控制阀15，气压控制阀15为常闭式，但当定容罐14中的压力大于5MP时，该气压控制阀15自动开启，将定容罐14中的气体排出，防止定容罐14中压力过大而引起定容罐14爆炸。

粘度计13用于检测出口处气体粘度。

定容罐14中设有氮气浓度检测传感器22。

具体的，在本实施例中，上述氮气浓度检测传感器22为伟联安IGM100-N2传感器，其测量范围为0-100％vol，精度为3％FS。

接收器21和第一压力传感器7、第二压力传感器11、第三压力传感器18、气体粘度计 13及氮气浓度检测传感器22相连，用于显示并记录不同时间点的压力、粘度和氮气浓度数据。

具体的，在本实施例中，上述第一压力传感器7、第二压力传感器11和第三压力传感器 18均为MIK-P300G压力传感器，其测量范围为0.1-100MPa，精度为0.5级。

本实用新型提供的低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置100测量方法如下：

测量之前先测定大气压力、岩样长度、岩样截面积。对于低渗透致密砂岩由于岩心夹持器8出口处的气体流量非常小，难以直接用流量计测量，因此先通过测定检测气源(氮气) 在定容罐14中的浓度再推算出岩心10出口处的气体流量，公式(1)为检测气源浓度和岩心 10出口处气体流量之间的关系式。

式中：Qg为岩心10出口处气体流量，mL/s；

ΔCg为定容罐14中检测气源的浓度变化量，mg/cm³；

V为定容罐14的容积，cm³；

ΔT为相应时间的变化量，s。

在上述公式(1)中，ΔCg即为在时间T1到T2这段时间内(即ΔT＝T2-T1)，定容罐14中检测气源的浓度变化量。在本实施例中检测气源为氮气，其中T1、T2时间对应的氮气浓度测量值都显示并记录在接收器21中。

然后通过测量岩心的入口压力、出口压力、大气压力、岩样长度、岩样截面积、气体粘度，最后根据公式(2)计算出岩心10气测渗透率：

式中：K为岩心10气测渗透率，mD；

P₀为大气压力，MPa；

Qg为岩心10出口处气体流量，mL/s；

μ为气体粘度，Pa·s；

L为待测岩心10的长度，cm；

A为待测岩心10的截面积，cm²；

ΔP为岩心10两端的压力差，MPa。

然后，以某一内压下的净围压值P_c-P_i和气测渗透率值K_i为初始值，对测量数据进行归一化处理，得到无因此净围压与无因此渗透率之间的关系曲线，对该关系曲线进行指数拟合，则根据公式(3)计算出岩心10的应力敏感系数。

式中：s为应力敏感系数，无因此；

K_a为某一内压下的气测渗透率，mD；

K_i为某一时间段内的气测渗透率，mD；

P_c为围压，MPa；

P_p为孔隙压力，MPa；

P_i为某一时间段内的内压，MPa；

其中，内压P_i为岩心入口压力和出口压力之和的平均值。

具体测量步骤如下：

第一步，将岩心10放入岩心夹持器8中，启动恒温箱9和空气增压泵3，依次打开调节阀2、第一接口41、第二接口42和第二泄压阀17，对岩心夹持器8的环空加围压至5MPa 后关闭第二接口42。

第二步，同时打开第三接口43、第一泄压阀6；第四接口44、第三泄压阀20和回压阀 12，分别调节岩心10的入口压力至3MPa，出口压力至1MPa。

第三步，重新打开第二接口42向环空加围压，并缓慢同步增加围压、岩心10的入口压力和出口压力，当内压达到一定值(如40MPa)时，关闭第三接口43和第四接口44。

第四步，继续将围压增加至比内压大10MPa值，关闭第二接口42，保持围压不变。

第五步，利用接收器21记录岩心10的入口压力、出口压力和氮气浓度值，根据公式(1)、 (2)计算出此时的气测渗透率K_a，并计算出此时的孔隙压力P_p(岩心10的入口压力和出口压力之差)。

第六步，调节回压阀12，让内压P_i以一特定值逐次减少，并计算出每次相对的气测渗透率K_i和内压P_i。

第七步，将测量数据进行归一化处理，得到无因此净围压与无因此渗透率之间的关系曲线，对该关系曲线进行指数拟合。

第八步，根据公式(3)计算出岩心10的应力敏感系数。

第九步，关闭调节阀2、空气增压泵3和恒温箱9；打开第一泄压阀6、第二泄压阀17 和第三泄压阀20，分别对岩心10的入口压力、出口压力和围压进行泄压。

本实用新型提供的低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置的有益效果为：本实用新型提供的低渗透致密砂岩应力敏感系数测量装置巧妙的使用了四通阀，大大简化了测量装置，节约了仪器成本；引入了接收器及其配套的压力传感器、浓度检测传感器和粘度计，提高了测量装置的自动化程度和测量精度，降低了人为因素对测量结果的影响；利用浓度检测器得到浓度变化量来计算气测渗透率，很好的解决了低渗透致密砂岩岩心出口流量小，气测渗透率测量误差大的难题，从而能够很好地评价低渗透致密砂岩的应力敏感程度，为现场低渗透致密砂岩油气藏的产能预测提供重要的理论支撑。

以上所述，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，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，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。