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        非圓柱狀巖樣滲透率測定方法實(shí)驗(yàn)研究

        2014-03-26 02:17:42鮑云杰俞凌杰李志明
        分析儀器 2014年4期
        關(guān)鍵詞:測定儀巖樣巖心

        鮑云杰 俞凌杰 李志明

        (1.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所,無錫214151;2.中國石油化工集團(tuán)公司 油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,無錫214126)

        1 前 言

        滲透率是油氣地質(zhì)和煤田地質(zhì)等領(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)性評價參數(shù),通常以滲透率測定儀獲取巖石樣品的滲透率?,F(xiàn)用的巖石滲透率測定儀大多都配置圓筒狀巖樣夾持器和圍壓套(膠套),要求加工后的巖樣必須是圓柱狀的,直徑2.5cm左右,長度1.0~2.5cm不等。工作過程中,常常利用各種各樣的鉆床,鉆取圓柱狀樣品,以適應(yīng)圓筒狀巖樣夾持器和圍壓套(膠套)的要求。隨著油氣地質(zhì)工作的不斷發(fā)展,研究領(lǐng)域的擴(kuò)大以及研究對象的多樣化,難以取得規(guī)則圓柱狀樣品的現(xiàn)實(shí)與滲透率測試需求增加的矛盾越來越突出。一是非常規(guī)領(lǐng)域頁巖油氣研究工作中,泥頁巖滲透率的分析測試工作量越來越大,而泥頁巖又具有性脆、頁理發(fā)育等特點(diǎn),導(dǎo)致當(dāng)前鉆取圓柱狀樣品的成功率低,鉆取過程中經(jīng)常發(fā)生破裂現(xiàn)象,使?jié)B透率測定無法進(jìn)行;二是受取樣條件等因素限制,取到的巖石樣品外型尺寸小,不能滿足鉆取規(guī)則巖心柱的需要。

        由此,一些學(xué)者開展過探索研究工作,楊明杰公開申請的實(shí)用新型—巖心夾持器內(nèi)變徑過渡塊,其加裝在巖心樣品與夾持器堵頭之間,為在軸心開設(shè)一貫穿孔圓形金屬塊,有4種形狀,例如,過渡塊為一端呈大直徑,另一端呈小直徑的階梯形,等等。變徑過渡塊的應(yīng)用解決了當(dāng)巖樣尺寸小于巖心夾持器允許規(guī)格時,即規(guī)則圓柱形狀直徑小、軸向短的樣品滲透率的測定問題,拓寬了巖心滲透率樣品檢測范圍,但仍不能滿足非圓柱體巖樣滲透率等測定的需要。周賢等[1](2012)開展了特殊形狀大尺度巖心滲透率測試方法研究,設(shè)計了一種正方形中空、兩端為環(huán)形的膠套(圍壓套),可以對5*5cm的正方形截面巖心進(jìn)行滲透率測試,但圍壓需達(dá)到4MPa才能取得良好的測試效果。于榮澤等(2012)介紹了基于脈沖衰減的巖屑滲透率測定方法[2],這種方法樣品外形不受限制,可以對巖心切片、巖屑等不規(guī)則樣品進(jìn)行滲透率測試。缺點(diǎn)是樣品不能施加圍壓,測試精度相對較低,測試樣品形狀對測試結(jié)果有一定的影響。

        2 方法研究

        針對現(xiàn)有圍壓套為單一圓筒狀結(jié)構(gòu),限制了滲透率測試樣品只能為規(guī)則圓柱狀的實(shí)際情況,設(shè)計了一種過渡套,突破巖樣只能為規(guī)則的圓柱狀的局限,使更多的樣品能夠進(jìn)行滲透率等參數(shù)的測試,更好地滿足地質(zhì)工作的需要。

        這種過渡套具有以下特點(diǎn),一是材料為橡膠,與現(xiàn)用圍壓套(膠套)彈性、強(qiáng)度等物理參數(shù)相同或相近,保證其在裝入樣品后,在圍壓套壓力的作用下包緊巖樣;二是過渡套是一個軸向通透的、具有外圓內(nèi)方結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的圓筒,其內(nèi)方部分(圖1中2所示)既可以截面是正方形,也可以是矩形,但其中心應(yīng)與圓筒的中心重合(圖1、圖2);三是過渡套的直徑略小于圍壓套的內(nèi)徑,與以往規(guī)則圓柱狀巖樣的直徑相同。這樣可以將各種尺寸的立方體、長方體巖樣(圖3)放入其中。將它放入當(dāng)前的圓筒狀圍壓套中,經(jīng)過加壓密封,即可進(jìn)行滲透率的測試。

        圖1 過渡套橫切面圖

        圖2 過渡套及樣品圖

        圖3 長方體樣品

        3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

        3.1 實(shí)驗(yàn)條件

        實(shí)驗(yàn)儀器:無錫惠奧GDS-90F型滲透率測定儀。

        實(shí)驗(yàn)樣品:選取鉆井巖心樣品,先加工成25*20mm的圓柱狀,待完成滲透率測定后,再將其加工成16*16*20mm的長方體,以便測定數(shù)據(jù)的比對分析。

        過渡套:直徑25mm,長度20mm,中間通透部分為長方體,長度為20mm,截面為16*16mm。

        圍壓以及空氣入口壓力:圍壓:1.5MPa,空氣入口壓力:0.1~0.2 MPa。與滲透率測定儀測定圓柱狀巖樣工作條件一致。

        3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

        選取15塊巖石樣品按現(xiàn)行滲透率測定標(biāo)準(zhǔn)首先測定圓柱狀樣品的滲透率,測試結(jié)束后再測定長方體樣品的滲透率。

        從滲透率測試結(jié)果來看(表1),兩種類型樣品的滲透率具有較好的相關(guān)性(圖4),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.895。同時也可以發(fā)現(xiàn),除了12號、15號樣品之外,圓柱狀樣品的滲透率均高于長方體樣品的滲透率,甚至達(dá)到近3倍左右。初步分析認(rèn)為,導(dǎo)致兩種類型樣品滲透率差異的原因主要是樣品的非均質(zhì)性造成的。

        表1 滲透率測定數(shù)據(jù)表 md

        圖4 滲透率測定數(shù)據(jù)交匯圖

        4 結(jié) 論

        過渡套可以在不改變現(xiàn)用滲透率測定儀夾持器結(jié)構(gòu)的條件下,測定長方體、立方體形狀巖樣的滲透率,擴(kuò)展了現(xiàn)用滲透率測定儀的適用范圍。

        同一塊樣品的圓柱與長方體滲透率具有良好的正相關(guān)關(guān)系,長方體的滲透率測定值偏小,可能與巖石樣品的非均質(zhì)性有關(guān),待進(jìn)一步研究。

        本實(shí)驗(yàn)提出的非圓柱狀巖樣滲透率測定方法,對于覆壓下滲透率和擴(kuò)散系數(shù)等參數(shù)的測試,具有借鑒意義。

        [1]周賢,杜立紅,李二鵬.特殊形狀大尺度巖心滲透率測試方法研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,14(1):79-81.

        [2]于榮澤,卞亞南,張曉偉,等.頁巖儲層非穩(wěn)態(tài)滲透率測試方法綜 述[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2012,12(27):7019-7025.

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