低渗透致密岩自动加压及恒压孔隙度测试装置的研制

杨明杰 胡仲敏 陈 艳

(大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 黑龙江大庆)

低渗透致密岩自动加压及恒压孔隙度测试装置的研制

杨明杰 胡仲敏 陈 艳

(大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 黑龙江大庆)

对于低渗透致密岩石孔隙度测定,国内各油田越来越多地采用高压-高真空饱和乙醇法测试技术。文章针对该方法目前存在的手工打压劳动强度大、样品饱和期间须人工补偿压力,以及样品抽空饱和环节测试介质乙醇易回流至真空泵导致真空泵损毁的问题,在原饱和液体法孔隙度测试技术的基础上,增加了自动加压系统、自动恒压补偿系统和缓冲器三项设计,解决了饱和乙醇法岩石孔隙度测试难题,致密岩孔隙度测试结果平均提高0.5%以上,分析工作效率提高了2倍。

岩石孔隙度;自动打压;自动恒压;缓冲器;测试装置

0 引 言

岩石孔隙度通常是指岩石中连通的有效孔隙体积占岩石总体积的百分比,它反映的是地层有效储积空间的大小,孔隙度越大,油、气、水三相流体所占的储积空间就越大。岩石孔隙度是油田勘探开发最重要的基础参数之一,直接影响到油气储量计算、储层评价,以及油田勘探开发决策。

岩石孔隙度测试方法有两种[1],即饱和液体法和饱和气体法。饱和液体法一般采用煤油或无水乙醇作为测试介质。通常,在岩石孔隙度测定上,国内外多采用饱和煤油法即可满足油田要求。随着世界范围内油气勘探难度不断加大,勘探目的层的储层非均质性严重、岩性致密,准确测定岩石孔隙度的难度也越来越大,饱和乙醇法逐渐成为低渗透致密岩孔隙度测试的常用方法。针对大规模使用饱和乙醇法孔隙度测试过程中出现的真空泵损毁等一系列问题,对岩石孔隙度测试技术和测试装置进行了改进。

1 饱和乙醇法岩石孔隙度测试存在问题

饱和液体法孔隙度测试技术是目前使用范围最广泛的岩石孔隙度分析方法,它主要依据阿基米德定律,根据岩石样品在三种状态下的质量差来计算岩样的有效孔隙度,其计算公式为:

式中,Ф为岩石有效孔隙度,%;m1为干样质量,g;m2为样品饱和介质后在介质中的质量,g;m3为样品饱和介质后在空气中的质量,g。

油、气、水三相流体是储存于岩石孔隙中的,岩石致密,渗透性就差,油气水在岩石中的流动能力就越差。岩石有效孔隙度是岩石中可动流体体积占岩石总体积的百分比。就流体的渗流能力而言,气体＞无水乙醇＞煤油。对于致密岩石的孔隙度测试,从测试原理讲,饱和气体法的测试精度要高于饱和液体法。但饱和气体法所依据的是波义耳—马略特定律,岩样加工质量对其测试精度影响更大。所以,在科研生产中,对低渗致密岩石的孔隙度测定须采用饱和乙醇法。以常规岩石样品孔隙度测试为例,饱和煤油法与饱和乙醇法孔隙度测试流程差异如图1所示。

从图1中可以看出,饱和煤油法与饱和乙醇法岩石孔隙度测试流程的差异集中在以下两点:一是抽真空环节,饱和乙醇法要求的真空度高;二是样品饱和环节,饱和煤油法是在常压自然状态下饱和,而饱和乙醇法则要求必须把饱和压力加到一定程度并在压力相对恒定的状态下样品饱和一段时间[2]。目前,饱和乙醇法致密岩孔隙度测试技术存在的主要问题是:

1)样品抽真空环节极易发生真空泵损毁事故,降低装置的真空度并影响真空泵的使用寿命。饱和乙醇法存在乙醇流入真空管路及真空泵的问题,无水乙醇与真空泵油性质差异较大,一旦回流至真空泵内极易导致真空泵损毁。

图1 饱和煤油法与饱和乙醇法孔隙度测试流程差异

2)致密岩石采用饱和乙醇法测定孔隙度测试须人工打压,劳动强度大。饱和压力从0 MPa上升到10 MPa,一次加压过程须人工摇动计量泵数百转,分析人员的劳动强度大。

3)样品饱和过程中存在压力自然下降的问题,须安排专人值守,随时补压,保持样品饱和压力的相对恒定。如图2所示,由于液体的可压缩性,岩石孔隙度样品饱和完成打压后会随时间的变化引起饱和压力下降,甚至可以降低到常压。

图2 孔隙度饱和压力随时间自然下降表

2 装置的改进

针对低渗透致密岩孔隙度测试装置存在的问题,对原高压—高真空岩石孔隙度测试装置进行了三处重要改进,增加了缓冲器、自动加压系统自动恒压补偿系统设计,装置流程改进如图3所示。

图3 低渗透致密岩孔隙度测试装置流程改进图

2.1 真空系统的设计优化

通过对储液瓶(饱和介质为无水乙醇)、样品室容积的测算,合理控制饱和液体无水乙醇的用量,在真空泵与装置抽真空管路之间增加缓冲器设计。这样,当完成抽真空操作,开启阀门让饱和液体进入样品室时,多余的饱和液体就会在缓冲器内储存起来,起到了防止饱和液体无水乙醇流入真空泵的作用,从而有效避免了真空泵损毁现象的发生,提高了真空装置的使用寿命。

2.2 人工打压加压系统的改进

为了能让测试介质进入到岩石孔隙中去,对低渗致密储层须采用高压饱和方法。实验室一般使用手动计量泵打液压,由于计量泵量程所限,若样品饱和压力达到20 MPa以上,需要人工往复几次换流程操作,一个加压过程须摇动计量泵手柄数百转,费时费力。

岩石渗透率测试供气源使用的是空气压缩机,由此想到能否借用岩石渗透率测试气源实现孔隙度样品饱和打压加压的自动化。我们将气液增压泵与气源联用,自行改装了一套岩石孔隙度饱和气液联动自动打压装置,整个打压加压过程由原来的人工操作2 h以上,缩短到15 min以内,大大减轻了分析人员的劳动强度。

2.3 自动恒压加压系统的技术优化

在样品饱和过程中,饱和压力自然下降的问题一直困扰着低渗透致密岩的孔隙度测试。以全直径样品孔隙度测试为例,饱和时间长达36 h,期间分析人员要不定期补压,才能保持样品饱和压力的基本恒定。若不能及时补压,将直接影响测试,导致测试结果偏低。全直径样品饱和压力恒定对孔隙度测试结果的影响见表1,这是海拉尔盆地某口探井全直径样品的孔隙度测试结果,恒压4 h后不再补压,与36 h饱和期内能够保持饱和压力恒定的孔隙度测试结果平均偏差可达5%以上[3]。

表1 全直径样品饱和压力恒定对孔隙度测试结果的影响

我们自行设计组装了一套自动恒压补偿系统,该系统由电动加压泵与气液加压泵通过移动位移磁性感应器与压力传感器相连接,可以严格控制补压进程,使饱和压力保持在一定范围内。如:大直径样品的岩石孔隙度测试,该系统可将饱和压力恒定在17 MPa～20 MPa,饱和期间内不需要人工补压。

3 改进装置的主要技术指标

低渗透致密岩自动加压及恒压孔隙度测试装置采用无水乙醇作为测试介质,达到的主要技术指标:

1)测试精度:分析误差±0.3%;

2)测试范围:可检测直径在Φ2.5 cm～Φ12 cm的岩石样品及不规则岩样;

3)气液增压泵的自动打压加压压力:＞30 MPa;

4)气液增压泵的自动打压加压时间:＜20 min;

5)饱和装置自动压力补偿系统:最大设计压力70 MPa,恒定压力范围±1.5 MPa;

6)自动恒压时间:＞36 h;

7)装置真空度:6×10-2Pa。

4 使用效果

大庆油田公司勘探开发研究院研制的低渗透致密岩自动加压及恒压孔隙度测试装置2009年下半年分别用于常规样品和大直径样品的孔隙度测试,共分析岩样2万余块,取得以下效果:

1)实现了孔隙度样品饱和打压加压的自动化,可在20 min内完成一次打压加压操作,比人工摇动计量泵打压提高功效近4倍;

2)使用缓冲器后,装置的抽真空效果改善明显,在分析周期内,未发生一例测试介质回流至真空泵或真空管路,导致真空泵损毁的事故;

3)装置的恒压加压操作系统性能稳定,恒压波动范围控制在1.5 MPa以内,能够确保饱和容器的压力恒定,实现了样品恒压加压环节的无人监守操作;

4)与改进前的致密岩高压-高真空孔隙度测试装置比较,样品抽真空及饱和效果显著改善,致密岩孔隙度测试结果平均提高0.5%,准确性更高。

5 结束语

低渗透致密岩自动加压及恒压孔隙度测试装置较好解决了低渗透致密岩储层样品孔隙度测试难以充分饱和的问题,装置具有操作方便、结构简单、仪器性能稳定的特点,大大减轻了分析人员的劳动强度。岩石孔隙度测试自动加压及恒压饱和方法,及孔隙度测试用缓冲器已分别申报国家发明专利和实用新型专利,

是致密岩孔隙度测试技术的一大突破,该装置在国内外油田实验室具有广阔的推广应用价值。

[1] 黄福堂.岩心分析手册[M].北京:石油工业出版社,1994

[2] 柯式镇.岩石气体孔隙度测量不确定度分析[J].计量学报,2007,28(2)

[3] 岩心分析方法.SY/T 5336-2006中国石油天然气行业标准[S]

porosity test unit for tight rock.PI,2010,24(6):19～21

More and more civil oil fields adopt the testing technique of saturated alcohol with high pressure and high vacuum to test porosity of tight rock.But this technique has some shortages:laborious intensity of manually operated pressuring is high;the pressure needs to compensate artificially during the period of sample saturation;the testing medium alcohol easily returns into vacuum pumps in the segment of sample evacuated air and saturated,which results in the damage of vacuum pumps.This article,aiming at the shortages and based on the porosity testing technique by saturated liquid,adds the systems of automatically pressuring and automatically constant pressure and the bumper.The three designs resolve the rock porosity testing puzzle by saturated alcohol.The testing result of tight rock porosity increases more than 0.5%in average and the work efficiency improves twice.We have applied for the national invention patent for the main upswing points of the unit respectively.

Key words:rock porosity;automatically pressuring;automatically constant pressure bumper;test unit

Development of automatically pressuring and constant pressure

Yang Mingjie,Hu Zhongmin and Chen Yan.

TE122.2+3

B

1004-9134(2010)06-0019-03

杨明杰,男,1963年生,硕士,高级工程师,现在大庆油田有限责任公司勘探开发研究院中心化验室从事石油地质实验技术研究工作。邮编:163712

2010-05-29编辑:高红霞)