岩石渗透率测定中毛细管流量校正方法研究

岩石渗透率测定中毛细管流量校正方法研究

惠芳

单位名称：长庆油田分公司第六采油厂单位省市：陕西西安单位邮编：710201

摘要：在岩石气测渗透率测定中使用毛细管节流式流量计的仪器存在渗透率值受毛细管流量不准确的影响，本文中使用渗透率标准物质对毛细管流量在不同渗透率区间、不同流量毛细管条件下进行校正实验，通过标准物质渗透率值反演、线性回归的方法确定毛细管流量校正方程。使用毛细管流量校正方程对多点测试的标准物质渗透率值进行计算比对，另将不同渗透率区间的岩石样品使用不同毛细管流量计进行测试比对，结果显示使用该方法校正后的标准物质测试值及岩石样品测试值均在石油行业标准偏差范围内，进一步证实了该校正方法的可行性。

关键词：渗透率 毛细管流量 标准物质 线性回归

本实验所采用的渗透率测定仪为FEH-2型覆压恒定自动测定仪及YZ-Ⅱ型渗透率转换器，渗透率转换器是基于达西定律设计的，适用于规则的圆柱形岩石样品渗透率的测试，测试使用的介质是干燥空气，原理为气体加压法。

YZ-Ⅱ型渗透率转换器在进行不同等级渗透率测试时出口端加装不同型号节流毛细管来限制气体流量，并提高渗透率测试准确度，实验室定期采用校验合格的孔隙型渗透率标准物质对不同型号的节流毛细管进行线性回归的方法确定校正方程及可测区间，一般要选取10-15个适当渗透率值范围的标准物质，每个标准物质需要选取3-6个递增的进口压力进行渗透率的测定。利用标准物质的已知渗透率值、测试仪器工作原理及岩石样品的参数，依据达西定律绝对渗透率计算公式得出渗透率与通过岩石样品的气体流量Q0之间的关系，气体流量Q0与节流毛细管连接的U形管水柱压差Qs呈之间呈线性关系，根据实验值的推导可得出Q0-Qs对应的毛细管流量校正方程[1]。

达西定律渗绝对渗透率计算公式推导[2]：

                   K=               (1)

                            (2)

　　一般气测渗透率时，可以看作是等温过程，因此，气体的体积仅与压力变化有关，气体在流动方向上存在压力梯度，当压力从变化到时，岩心中的气体体积膨胀，体积流量随压力递减而增大，因此必须使用平均流量Q,此时将式(2)及Q代入式(1)得到：

                  K=              （3）

　　设气体为等温过程，按气体状态方程：

P1Q1= P2Q2=……=PaQ0=PQ

Q——在平均压力P=下的平均体积流量为：

               Q==               （4）

Q0——在大气压力Pa下的体积流量（即出口气量），cm3/s

　　将式(4)代入式(3)并将气测渗透率值K的单位换算为mD：

                 K=             （5）   

测试实验中根据大量测试结果的绝对偏差及相对偏差的分析总结给不同毛细管确定测试进口压力范围及渗透率值可测区间，以确保测试值的准确率；实验中选取多个可测压力进行多次多点测试数据，从而建立每个毛细管流量计的出口水柱压差与计算水柱压差之间的对应关系曲线，得出相应的毛细管在一定测试区间内的流量校正方程。

以K号管（适用于K<10×10-3μm2）、5号管（适用于10×10-3μm2<K<70×10-3μm2）为例，选取适当的标准物质进行测试，测试结果如表1、表2。

利用上述Q0-Qs对应关系曲线线性回归的方法，得出K号管和5号管在不同渗透率值区间的Q0-Qs对应关系线性回归曲线及毛细管校正方程(图1、图2)。

表1 k号毛细管测试结果（K<5×10-3μm2)

表2 5号毛细管测试结果（10×10-3μm2-3μm2)

图1 k号节流毛细管Q0-Qs回归曲线                图2 5号节流毛细管Q0-Qs回归曲线

将上述方法求得的毛细管流量校正方程计算标样渗透率值，误差均在行业标准[2]规定的范围内。

选取苏里格、陇东、陕北区块不同层位、不同岩性的样品100块岩石样品测试，其中K＜10×10-3μm2样品50块，K＞10×10-3μm2样品50块，并使用不同毛细管进行比对，部分测试结果如表3。

表3 部分测试样品比对结果

反复对选取的样品进行测试，测试结果重复性好，各渗透率区间的岩石样品相对偏差均控制在行业标准[2]范围内。

结论

1、 节流毛细管流量计量方法适用于低渗、特低渗岩石渗透率测定，可以满足鄂尔多斯盆地储层岩石渗透率的测定。

2、 使用该方法求得的毛细管流量校正系数校正后的岩石样品渗透率值均在中国石油天然气行业标准允许的偏差范围内，验证该方法的准确性和可行性。

3、 建立了一套适合不同型号毛细管流量校正系数的确定方法，满足了高、中、低、特低渗透率等不同等级渗透率测试需求。

参考文献：

[1]潘昊、张文艺、孙雪梅等.岩石渗透率节流毛细管气体流量计量测试方法研究[J].计量测试与检定，2003年，14卷（2期）：17-20.

[2][2]SY/T5336-1996.岩心常规分析方法[S].