非圓柱狀巖樣滲透率測(cè)定方法實(shí)驗(yàn)研究

鮑云杰 俞凌杰 李志明

（1.中國(guó)石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無(wú)錫石油地質(zhì)研究所，無(wú)錫214151；2.中國(guó)石油化工集團(tuán)公司 油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無(wú)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(píng)價(jià)參數(shù)，通常以滲透率測(cè)定儀獲取巖石樣品的滲透率。現(xiàn)用的巖石滲透率測(cè)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(zhǎng)度1.0～2.5cm不等。工作過(guò)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(duì)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(cè)試需求增加的矛盾越來(lái)越突出。一是非常規(guī)領(lǐng)域頁(yè)巖油氣研究工作中，泥頁(yè)巖滲透率的分析測(cè)試工作量越來(lái)越大，而泥頁(yè)巖又具有性脆、頁(yè)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(guò)程中經(jīng)常發(fā)生破裂現(xiàn)象，使?jié)B透率測(cè)定無(wú)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(guò)探索研究工作，楊明杰公開申請(qǐng)的實(shí)用新型—巖心夾持器內(nèi)變徑過(guò)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(guò)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(guò)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(shí)，即規(guī)則圓柱形狀直徑小、軸向短的樣品滲透率的測(cè)定問題，拓寬了巖心滲透率樣品檢測(cè)范圍，但仍不能滿足非圓柱體巖樣滲透率等測(cè)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(cè)試方法研究，設(shè)計(jì)了一種正方形中空、兩端為環(huán)形的膠套（圍壓套），可以對(duì)5＊5cm的正方形截面巖心進(jìn)行滲透率測(cè)試，但圍壓需達(dá)到4MPa才能取得良好的測(cè)試效果。于榮澤等（2012）介紹了基于脈沖衰減的巖屑滲透率測(cè)定方法［2］，這種方法樣品外形不受限制，可以對(duì)巖心切片、巖屑等不規(guī)則樣品進(jìn)行滲透率測(cè)試。缺點(diǎn)是樣品不能施加圍壓，測(cè)試精度相對(duì)較低，測(cè)試樣品形狀對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響。

2 方法研究

針對(duì)現(xiàn)有圍壓套為單一圓筒狀結(jié)構(gòu)，限制了滲透率測(cè)試樣品只能為規(guī)則圓柱狀的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種過(guò)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(cè)試，更好地滿足地質(zhì)工作的需要。

這種過(guò)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(guò)渡套是一個(gè)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(guò)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(zhǎng)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(guò)加壓密封，即可進(jìn)行滲透率的測(cè)試。

圖1 過(guò)渡套橫切面圖

圖2 過(guò)渡套及樣品圖

圖3 長(zhǎng)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(wú)錫惠奧GDS－90F型滲透率測(cè)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(cè)定后，再將其加工成16＊16＊20mm的長(zhǎng)方體，以便測(cè)定數(shù)據(jù)的比對(duì)分析。

過(guò)渡套：直徑25mm，長(zhǎng)度20mm，中間通透部分為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)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(cè)定儀測(cè)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(cè)定標(biāo)準(zhǔn)首先測(cè)定圓柱狀樣品的滲透率，測(cè)試結(jié)束后再測(cè)定長(zhǎng)方體樣品的滲透率。

從滲透率測(cè)試結(jié)果來(lái)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(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，除了12號(hào)、15號(hào)樣品之外，圓柱狀樣品的滲透率均高于長(zhǎng)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(cè)定數(shù)據(jù)表 md

圖4 滲透率測(cè)定數(shù)據(jù)交匯圖

4 結(jié) 論

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

同一塊樣品的圓柱與長(zhǎng)方體滲透率具有良好的正相關(guān)關(guān)系，長(zhǎng)方體的滲透率測(cè)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(cè)定方法，對(duì)于覆壓下滲透率和擴(kuò)散系數(shù)等參數(shù)的測(cè)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(cè)試方法研究［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，14（1）：79－81.

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