考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置及方法，包括气瓶、水泵、加压泵、岩板夹持器、压差传感器、平行光放射源、X射线探测器、X射线屏蔽箱、三通、液体计量器、气体计量器、电子天平、真空泵；所述岩板夹持器入口端通过管线分别与气瓶、水泵连接，出口端通过三通与液体计量器、真空泵相连，所述压差传感器连接在岩板夹持器的两端；所述加压泵通过管线与岩板夹持器连接；所述气体计量器入口端与液体计量器连接，出口端外接大气。本发明专利技术可分别测量裂缝和基质中的进水量，从而准确计算支撑裂缝中的含水饱和度；同时考虑了支撑裂缝中由于气、液非稳态湍流导致的相对渗透率波动问题，可计算得到不同概率下的相对渗透率曲线。线。线。

【技术实现步骤摘要】
考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置及方法


[0001]本专利技术涉及考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置及方法，属于岩石物理实验


技术介绍

[0002]页岩渗透率极低，导致纯页岩基质气
‑
水相对渗透率曲线的测量难度较大。现有的页岩相渗曲线测定大部分是在有裂缝的情况下进行的，其测试结果是裂缝和基质相渗能力的综合体现，二者相对含量的大小影响着相渗曲线的测试结果，因此有必要对裂缝的相渗曲线和基质的相渗曲线进行单独测试。如何区分裂缝中的流动与基质中的流动，从而实现裂缝中相渗曲线的单独测试，对双重介质页岩气藏数值模拟、压裂液返排规律研究以及气
‑
水两相流动规律研究具有重要意义。
[0003]现有页岩相渗测试方法存在以下问题：1)页岩基质渗透率较低，完全饱和水的时间极长，基于气驱水的相渗测量方法时间成本较高；2)页岩孔隙尺寸小，毛管压力大，基于水驱气的相渗测量方法易受渗吸影响，难以单独计算裂缝中的含水饱和度；3)稳态法要达到指定饱和度所需时间较长，而非稳态法受裂缝影响，前期裂缝中含水饱和度变化较快难以准确计量。4)受支撑剂排布方式及裂缝中不规则流动通道的影响，气、水的流动可能出现局部不稳定湍流，即便支撑裂缝中平均含水饱和度相同，其气相或水相的流动能力也可能差异较大。因此需要从裂缝含水饱和度准确计量、相对渗透率有效计算的角度出发，建立单独区分裂缝中流体的手段，并考虑两相湍流，用概率来表征同一饱和度下的裂缝相渗情况，实现裂缝相渗曲线的快速测试。
专利技术内容
[0004]为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置及方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，包括岩板加压及驱替系统、CT扫描成像系统、计量系统；
[0006]所述岩板加压及驱替系统包括气瓶、水泵、加压泵、岩板夹持器、压差传感器；所述CT扫描成像系统包括平行光放射源、X射线探测器、X射线屏蔽箱；所述计量系统包括三通、液体计量器、气体计量器、电子天平、真空泵；
[0007]所述岩板夹持器入口端通过管线分别与气瓶、水泵连接，出口端通过三通与液体计量器、真空泵相连，所述压差传感器连接在岩板夹持器的两端；所述加压泵通过管线与岩板夹持器连接；
[0008]所述平行光放射源、X射线探测器、岩板夹持器、电子天平均置于X射线屏蔽箱内，所述岩板夹持器置于电子天平上，位于平行光放射源、X射线探测器之间；
[0009]所述气体计量器入口端与液体计量器连接，出口端外接大气。
[0010]进一步的技术方案是，所述气瓶与岩板夹持器之间设有气源控制阀、气体流量计、
气体压力传感4。
[0011]进一步的技术方案是，所述水泵与岩板夹持器之间设有液体压力传感器。
[0012]进一步的技术方案是，所述加压泵与岩板夹持器之间设有压力计、围压控制阀。
[0013]进一步的技术方案是，所述真空泵与三通之间设有压力计、抽真空控制阀。
[0014]进一步的技术方案是，所述液体计量器与三通之间设有计量控制阀。
[0015]进一步的技术方案是，所述气体计量器的出口端设有出口控制阀。
[0016]进一步的技术方案是，所述X射线屏蔽箱内还设有位置调整滑轨，所述平行光放射源、X射线探测器分别滑动安装在位置调整滑轨的两端。
[0017]考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定方法，具体包括以下步骤：
[0018]步骤S1、制取两块相同尺寸的长方体页岩岩板，将二者叠放一起，并在接触面铺置支撑剂；
[0019]步骤S2、将页岩岩板放入岩板夹持器中，通过加压泵对页岩岩板上、下及左右侧面施加围压，利用电子天平测量带支撑剂的页岩岩板质量，记为m1；
[0020]步骤S3、开启平行光放射源，根据页岩岩板的大小及裂缝尺寸调整CT扫描参数，确定一组合适的扫描参数；
[0021]步骤S4、以步骤S3中的扫描参数组合开展纯物质衰减系数测定；
[0022]在岩板夹持器中充满空气并加压至指定的流体压力条件，待压力稳定后连续获取纯空气的CT投影图像，对多张投影图像取平均得到纯空气的X射线投影结果，记作投影图像A；然后分别对相渗实验气体、相渗实验液体以及与支撑剂同材料的块状标准物体，开展与空气相同测量步骤，得到对应的X射线投影结果，分别记作投影图像B、投影图像C、投影图像D；再由下式计算纯物质的衰减系数之差；
[0023][0024][0025][0026]式中：I
A
、I
B
、I
C
、I
D
为投影图像A、B、C、D中各像素点的强度；L为夹持器腔体的内长；μ
air
、μ
gas
、μ
liquid
、μ
proppant
依次为射线穿过空气、实验气体、实验液体、支撑剂的衰减系数；
[0027]步骤S5、将页岩岩板放入岩板夹持器中，并利用加压泵对岩板上、下及左右侧面施加围压，通入空气并加压至相渗实验所需的流体压力p，待压力稳定后连续获CT投影图像，对多张投影图像取平均得到岩板的X射线投影结果，记作投影图像E；
[0028]步骤S6、计算页岩岩板支撑裂缝中的孔隙度及孔隙体积；
[0029][0030]式中：L为夹持器腔体的内长；φ为孔隙度；I
E
为投影图像E中各像素点的强度；
[0031][0032]式中：A为投影图像中单个像素点的面积；φ
j
为计算得到的各像素点处的孔隙度；
V
p
为支撑裂缝中的空隙体积；
[0033]步骤S7、开启平行光放射源，每隔1s记录投影图像；然后调整气体流量计和水泵流量大小，将气、水按比例注入岩板，记录对应时刻的出口气量q
g
、水体积q
w
、夹持器入口压力p1、岩板两端压差Δp、电子天平的读数m；每一比例的注入过程维持相同时间，然后换用下一比例，直至气体体积占比降至0；
[0034]步骤S8、计算各注入气水比条件下，各时刻的饱和度及渗透率；
[0035]各时刻投影图像中每个像素点处含水饱和度由下式计算：
[0036][0037]缝内整体平均含水饱和度由下式计算：
[0038][0039]岩板内的渗吸水量由下式计算：
[0040][0041]对应时刻的气相、水相的有效渗透率：
[0042][0043][0044]式中：K
ge
为气体有效渗透率；K
we
为液体有效渗透率；p
a
为大气压；p1为入口端压力；q
g
为气体流量；q
w
为液体流量；l为支撑裂缝长；A为裂缝截面积；μ
g
和μ
w
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，其特征在于，包括岩板加压及驱替系统、CT扫描成像系统、计量系统；所述岩板加压及驱替系统包括气瓶(1)、水泵(5)、加压泵(14)、岩板夹持器(8)、压差传感器(9)；所述CT扫描成像系统包括平行光放射源(7)、X射线探测器(10)、X射线屏蔽箱(16)；所述计量系统包括三通、液体计量器(17)、气体计量器(18)、电子天平(11)、真空泵(23)；所述岩板夹持器(8)入口端通过管线分别与气瓶(1)、水泵(5)连接，出口端通过三通与液体计量器(17)、真空泵(23)相连，所述压差传感器(9)连接在岩板夹持器(8)的两端；所述加压泵(14)通过管线与岩板夹持器(8)连接；所述平行光放射源(7)、X射线探测器(10)、岩板夹持器(8)、电子天平(11)均置于X射线屏蔽箱(16)内，所述岩板夹持器(8)置于电子天平(11)上，位于平行光放射源(7)、X射线探测器(10)之间；所述气体计量器(18)入口端与液体计量器(17)连接，出口端外接大气。2.根据权利要求1所述的考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，其特征在于，所述气瓶(1)与岩板夹持器(8)之间设有气源控制阀(2)、气体流量计(3)、气体压力传感器(4)。3.根据权利要求1所述的考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，其特征在于，所述水泵(5)与岩板夹持器(8)之间设有液体压力传感器(6)。4.根据权利要求1所述的考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，其特征在于，所述加压泵(14)与岩板夹持器(8)之间设有压力计(13)、围压控制阀(12)。5.根据权利要求1所述的考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，其特征在于，所述真空泵(23)与三通之间设有压力计(22)、抽真空控制阀(20)。6.根据权利要求1所述的考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，其特征在于，所述液体计量器(17)与三通之间设有计量控制阀(21)。7.根据权利要求1所述的考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，其特征在于，所述气体计量器(18)的出口端设有出口控制阀(19)。8.根据权利要求1所述的考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，其特征在于，所述X射线屏蔽箱(16)内还设有位置调整滑轨(15)，所述平行光放射源(7)、X射线探测器(10)分别滑动安装在位置调整滑轨(15)的两端。9.考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定方法，其特征在于，该方法采用权利要求1
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8任一所述的考虑概率分布的页岩支撑裂缝相对渗透率测定装置，具体包括以下步骤：步骤S1、制取两块相同尺寸的长方体页岩岩板，将二者叠放一起，并在接触面铺置支撑剂；步骤S2、将页岩岩板放入岩板夹持器(8)中，通过加压泵(14)对页岩岩板上、下及左右侧面施加围压，利用电子天平(11)测量带支撑剂的页岩岩板质量，记为m1；步骤S3、开启平行光放射源(7)，根据页岩岩板的大小及裂缝尺寸调整CT扫描参数，确定一组合适的扫描参数；步骤S4、以步骤S3中的扫描参数组合开展纯物质衰减系数测定；
在岩板夹持器(8)中充满空气并加压至指定的流体压力条件，待压力稳定后连续获取纯空气的CT投影图像，对多张投影图像取平均得到纯空气的X射线投影结果，记作投影图像A；然后分别对相渗实验气体、相渗实验液体以及与支撑剂同材料的块状标准物体，开展与空气相同测量步骤，得到对应的X射线投影结果，分别记作投影图像B、投影图像C、投影图像D；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政澜，孟磊，段永刚，杜怡鹤，卫诗豪，李树新，聂志宏，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：