楊明杰 胡仲敏 陳 艷

(大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院 黑龍江大慶)

低滲透致密巖自動加壓及恒壓孔隙度測試裝置的研制

楊明杰 胡仲敏 陳 艷

(大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院 黑龍江大慶)

對于低滲透致密巖石孔隙度測定,國內(nèi)各油田越來越多地采用高壓-高真空飽和乙醇法測試技術(shù)。文章針對該方法目前存在的手工打壓勞動強度大、樣品飽和期間須人工補償壓力,以及樣品抽空飽和環(huán)節(jié)測試介質(zhì)乙醇易回流至真空泵導(dǎo)致真空泵損毀的問題,在原飽和液體法孔隙度測試技術(shù)的基礎(chǔ)上,增加了自動加壓系統(tǒng)、自動恒壓補償系統(tǒng)和緩沖器三項設(shè)計,解決了飽和乙醇法巖石孔隙度測試難題,致密巖孔隙度測試結(jié)果平均提高0.5%以上,分析工作效率提高了2倍。

巖石孔隙度;自動打壓;自動恒壓;緩沖器;測試裝置

0 引 言

巖石孔隙度通常是指巖石中連通的有效孔隙體積占巖石總體積的百分比,它反映的是地層有效儲積空間的大小,孔隙度越大,油、氣、水三相流體所占的儲積空間就越大。巖石孔隙度是油田勘探開發(fā)最重要的基礎(chǔ)參數(shù)之一,直接影響到油氣儲量計算、儲層評價,以及油田勘探開發(fā)決策。

巖石孔隙度測試方法有兩種[1],即飽和液體法和飽和氣體法。飽和液體法一般采用煤油或無水乙醇作為測試介質(zhì)。通常,在巖石孔隙度測定上,國內(nèi)外多采用飽和煤油法即可滿足油田要求。隨著世界范圍內(nèi)油氣勘探難度不斷加大,勘探目的層的儲層非均質(zhì)性嚴重、巖性致密,準(zhǔn)確測定巖石孔隙度的難度也越來越大,飽和乙醇法逐漸成為低滲透致密巖孔隙度測試的常用方法。針對大規(guī)模使用飽和乙醇法孔隙度測試過程中出現(xiàn)的真空泵損毀等一系列問題,對巖石孔隙度測試技術(shù)和測試裝置進行了改進。

1 飽和乙醇法巖石孔隙度測試存在問題

飽和液體法孔隙度測試技術(shù)是目前使用范圍最廣泛的巖石孔隙度分析方法,它主要依據(jù)阿基米德定律,根據(jù)巖石樣品在三種狀態(tài)下的質(zhì)量差來計算巖樣的有效孔隙度,其計算公式為:

式中,Ф為巖石有效孔隙度,%;m1為干樣質(zhì)量,g;m2為樣品飽和介質(zhì)后在介質(zhì)中的質(zhì)量,g;m3為樣品飽和介質(zhì)后在空氣中的質(zhì)量,g。

油、氣、水三相流體是儲存于巖石孔隙中的,巖石致密,滲透性就差,油氣水在巖石中的流動能力就越差。巖石有效孔隙度是巖石中可動流體體積占巖石總體積的百分比。就流體的滲流能力而言,氣體＞無水乙醇＞煤油。對于致密巖石的孔隙度測試,從測試原理講,飽和氣體法的測試精度要高于飽和液體法。但飽和氣體法所依據(jù)的是波義耳—馬略特定律,巖樣加工質(zhì)量對其測試精度影響更大。所以,在科研生產(chǎn)中,對低滲致密巖石的孔隙度測定須采用飽和乙醇法。以常規(guī)巖石樣品孔隙度測試為例,飽和煤油法與飽和乙醇法孔隙度測試流程差異如圖1所示。

從圖1中可以看出,飽和煤油法與飽和乙醇法巖石孔隙度測試流程的差異集中在以下兩點:一是抽真空環(huán)節(jié),飽和乙醇法要求的真空度高;二是樣品飽和環(huán)節(jié),飽和煤油法是在常壓自然狀態(tài)下飽和,而飽和乙醇法則要求必須把飽和壓力加到一定程度并在壓力相對恒定的狀態(tài)下樣品飽和一段時間[2]。目前,飽和乙醇法致密巖孔隙度測試技術(shù)存在的主要問題是:

1)樣品抽真空環(huán)節(jié)極易發(fā)生真空泵損毀事故,降低裝置的真空度并影響真空泵的使用壽命。飽和乙醇法存在乙醇流入真空管路及真空泵的問題,無水乙醇與真空泵油性質(zhì)差異較大,一旦回流至真空泵內(nèi)極易導(dǎo)致真空泵損毀。

圖1 飽和煤油法與飽和乙醇法孔隙度測試流程差異

2)致密巖石采用飽和乙醇法測定孔隙度測試須人工打壓,勞動強度大。飽和壓力從0 MPa上升到10 MPa,一次加壓過程須人工搖動計量泵數(shù)百轉(zhuǎn),分析人員的勞動強度大。

3)樣品飽和過程中存在壓力自然下降的問題,須安排專人值守,隨時補壓,保持樣品飽和壓力的相對恒定。如圖2所示,由于液體的可壓縮性,巖石孔隙度樣品飽和完成打壓后會隨時間的變化引起飽和壓力下降,甚至可以降低到常壓。

圖2 孔隙度飽和壓力隨時間自然下降表

2 裝置的改進

針對低滲透致密巖孔隙度測試裝置存在的問題,對原高壓—高真空巖石孔隙度測試裝置進行了三處重要改進,增加了緩沖器、自動加壓系統(tǒng)自動恒壓補償系統(tǒng)設(shè)計,裝置流程改進如圖3所示。

圖3 低滲透致密巖孔隙度測試裝置流程改進圖

2.1 真空系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化

通過對儲液瓶(飽和介質(zhì)為無水乙醇)、樣品室容積的測算,合理控制飽和液體無水乙醇的用量,在真空泵與裝置抽真空管路之間增加緩沖器設(shè)計。這樣,當(dāng)完成抽真空操作,開啟閥門讓飽和液體進入樣品室時,多余的飽和液體就會在緩沖器內(nèi)儲存起來,起到了防止飽和液體無水乙醇流入真空泵的作用,從而有效避免了真空泵損毀現(xiàn)象的發(fā)生,提高了真空裝置的使用壽命。

2.2 人工打壓加壓系統(tǒng)的改進

為了能讓測試介質(zhì)進入到巖石孔隙中去,對低滲致密儲層須采用高壓飽和方法。實驗室一般使用手動計量泵打液壓,由于計量泵量程所限,若樣品飽和壓力達到20 MPa以上,需要人工往復(fù)幾次換流程操作,一個加壓過程須搖動計量泵手柄數(shù)百轉(zhuǎn),費時費力。

巖石滲透率測試供氣源使用的是空氣壓縮機,由此想到能否借用巖石滲透率測試氣源實現(xiàn)孔隙度樣品飽和打壓加壓的自動化。我們將氣液增壓泵與氣源聯(lián)用,自行改裝了一套巖石孔隙度飽和氣液聯(lián)動自動打壓裝置,整個打壓加壓過程由原來的人工操作2 h以上,縮短到15 min以內(nèi),大大減輕了分析人員的勞動強度。

2.3 自動恒壓加壓系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化

在樣品飽和過程中,飽和壓力自然下降的問題一直困擾著低滲透致密巖的孔隙度測試。以全直徑樣品孔隙度測試為例,飽和時間長達36 h,期間分析人員要不定期補壓,才能保持樣品飽和壓力的基本恒定。若不能及時補壓,將直接影響測試,導(dǎo)致測試結(jié)果偏低。全直徑樣品飽和壓力恒定對孔隙度測試結(jié)果的影響見表1,這是海拉爾盆地某口探井全直徑樣品的孔隙度測試結(jié)果,恒壓4 h后不再補壓,與36 h飽和期內(nèi)能夠保持飽和壓力恒定的孔隙度測試結(jié)果平均偏差可達5%以上[3]。

表1 全直徑樣品飽和壓力恒定對孔隙度測試結(jié)果的影響

我們自行設(shè)計組裝了一套自動恒壓補償系統(tǒng),該系統(tǒng)由電動加壓泵與氣液加壓泵通過移動位移磁性感應(yīng)器與壓力傳感器相連接,可以嚴格控制補壓進程,使飽和壓力保持在一定范圍內(nèi)。如:大直徑樣品的巖石孔隙度測試,該系統(tǒng)可將飽和壓力恒定在17 MPa～20 MPa,飽和期間內(nèi)不需要人工補壓。

3 改進裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

低滲透致密巖自動加壓及恒壓孔隙度測試裝置采用無水乙醇作為測試介質(zhì),達到的主要技術(shù)指標(biāo):

1)測試精度:分析誤差±0.3%;

2)測試范圍:可檢測直徑在Φ2.5 cm～Φ12 cm的巖石樣品及不規(guī)則巖樣;

3)氣液增壓泵的自動打壓加壓壓力:＞30 MPa;

4)氣液增壓泵的自動打壓加壓時間:＜20 min;

5)飽和裝置自動壓力補償系統(tǒng):最大設(shè)計壓力70 MPa,恒定壓力范圍±1.5 MPa;

6)自動恒壓時間:＞36 h;

7)裝置真空度:6×10-2Pa。

4 使用效果

大慶油田公司勘探開發(fā)研究院研制的低滲透致密巖自動加壓及恒壓孔隙度測試裝置2009年下半年分別用于常規(guī)樣品和大直徑樣品的孔隙度測試,共分析巖樣2萬余塊,取得以下效果:

1)實現(xiàn)了孔隙度樣品飽和打壓加壓的自動化,可在20 min內(nèi)完成一次打壓加壓操作,比人工搖動計量泵打壓提高功效近4倍;

2)使用緩沖器后,裝置的抽真空效果改善明顯,在分析周期內(nèi),未發(fā)生一例測試介質(zhì)回流至真空泵或真空管路,導(dǎo)致真空泵損毀的事故;

3)裝置的恒壓加壓操作系統(tǒng)性能穩(wěn)定,恒壓波動范圍控制在1.5 MPa以內(nèi),能夠確保飽和容器的壓力恒定,實現(xiàn)了樣品恒壓加壓環(huán)節(jié)的無人監(jiān)守操作;

4)與改進前的致密巖高壓-高真空孔隙度測試裝置比較,樣品抽真空及飽和效果顯著改善,致密巖孔隙度測試結(jié)果平均提高0.5%,準(zhǔn)確性更高。

5 結(jié)束語

低滲透致密巖自動加壓及恒壓孔隙度測試裝置較好解決了低滲透致密巖儲層樣品孔隙度測試難以充分飽和的問題,裝置具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、儀器性能穩(wěn)定的特點,大大減輕了分析人員的勞動強度。巖石孔隙度測試自動加壓及恒壓飽和方法,及孔隙度測試用緩沖器已分別申報國家發(fā)明專利和實用新型專利,

是致密巖孔隙度測試技術(shù)的一大突破,該裝置在國內(nèi)外油田實驗室具有廣闊的推廣應(yīng)用價值。

[1] 黃福堂.巖心分析手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994

[2] 柯式鎮(zhèn).巖石氣體孔隙度測量不確定度分析[J].計量學(xué)報,2007,28(2)

[3] 巖心分析方法.SY/T 5336-2006中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[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

楊明杰,男,1963年生,碩士,高級工程師,現(xiàn)在大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院中心化驗室從事石油地質(zhì)實驗技術(shù)研究工作。郵編:163712

2010-05-29編輯:高紅霞)