CN209821099U - 基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置，包括毛管压力电性联测仪、核磁共振仪10、电极22、LCR数字电桥21、压力采集器20、温度传感器24和数据采集控制台6，毛管压力电性联测仪包括高压氮气储罐7、围压泵13和用于夹持岩样的岩心夹持器11，岩心夹持器11的一端连接高压氮气储罐7和围压泵13，另一端连接三通，三通的一端连接皂膜流量计25，另一端延伸至测量瓶18内，并通过计量管17连接液体计量罐16、气体流量计14；岩心夹持器放置于核磁共振仪10的测量腔内；岩心夹持器的两端分别通过电极22与LCR数字电桥21连接，还连接压力采集器20和温度传感器24。本实用新型原理可靠，操作简便，可获得致密气储层的多个岩心动态参数。

Description

基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置

技术领域

本实用新型涉及油气田勘探开发领域，具体涉及一种基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置。

背景技术

为满足世界经济日益增长的能源需求，油气勘探开发领域逐渐向非常规油气资源进军，并取得了重大突破。与常规储层相比，致密气的储层特性及储层参数有着很大区别，其孔隙结构和岩石成分更加复杂、储集空间更加多样、非均质性更强。因此，实验室内准确测试致密气储层的岩电参数、毛管压力、束缚水饱和度、启动压力梯度等动态参数，对致密气藏评价及开发具有重要意义。

常用的储层孔喉结构表征技术手段主要有铸体薄片、扫描电镜、毛管压力曲线法（压汞技术）、核磁共振及微纳米-CT扫描技术等。其中铸体薄片与扫描电镜都只能针对某个二维断面进行观察，经过后续图像处理提取有限的二维孔喉结构信息。毛管压力曲线法最常用的是压汞技术，常规压汞技术只能给出不同喉道半径及对应喉道所控制的体积分布。恒速压汞技术受进汞压力限制，无法识别半径小于0.119μm的孔隙和喉道，且还涉及有毒物质的使用。微纳米-CT扫描法，扫描速度快，扫描覆盖范围大，可以提供孔喉结构定量参数，但测量方法复杂，且费用较高。

束缚水饱和度是表征储层物性的重要参数之一，随着致密气储层的孔隙度和渗透率变小，孔隙结构复杂性加强，束缚水饱和度对评价储层物性的作用就越明显。实验室通常采用非稳态气驱水法来获得岩心束缚水饱和度。实验时，以恒定的压力将气体注入饱和水的岩样中，气体将驱替出岩样孔隙中的水。由于岩石微观孔隙结构的非均质性，在驱替过程中会有部分水以水膜或液滴的形式存在，且在提高驱替压力时，仍然很难被驱替出来。由此，理论上认为，此时岩样中的水饱和度即为束缚水饱和度。该方法可以通过记录产水量与产气量及岩心两端压差随时间的变化来计算岩心的含气饱和度、含水饱和度，但无法实时准确地获得岩心含水饱和度。

在低渗透致密气储层，气体渗流容易产生不同于中高渗气测储层的独特渗流特征，偏离达西定律，表现出低速非达西渗流特征，同时存在启动压力梯度，这对开采低渗透致密气藏有着重要的指导作用。低速非达西渗流实验通常通过获得流量与压力梯度的关系曲线，来研究岩心低速流动行为以及启动压力的存在性。该测试需要较低的驱替压力及精细精准的压力调节。在求取束缚水饱和度下的岩心低速非达西渗流行为时，需要先将饱和岩心驱替至束缚水饱和度下，然后开展低速非达西实验，此过程十分消耗时间。

实验室传统测试毛管压力曲线、气水相对渗透率曲线、低速非达西渗流曲线的测试设备单一，各动态参数需要分开测量，因此需要对岩心进行多次围压的加载卸载，这些操作会对岩心的结构造成影响，使其孔隙结构发生变化，更有可能会造成微裂缝的闭合或者岩心破裂，无法达到对地层的准确认识及指导开发油藏的目的；同时，这些储层参数需要通过多个仪器单独测试，十分耗时。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置，该装置原理可靠，操作简便，通过该装置可获得致密气储层的多个岩心动态参数：采用半渗隔板法和非稳态气水相渗测试法同时测量岩心电阻率、毛管压力、孔喉分布和气水相对渗透率曲线，然后通过常规低速非达西渗流实验测试岩心的低渗渗流特征及启动压力梯度，实验测试中结合核磁共振技术设备实时测量岩样的含水饱和度和孔喉分布，从而得到致密气储层的多个岩心动态参数。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置，包括毛管压力电性联测仪、核磁共振仪和数据采集控制台。所述毛管压力电性联测仪包括高压氮气储罐、围压泵和用于装岩样的岩心夹持器，所述高压氮气储罐和围压泵均通过管道与岩心夹持器一端连接，所述岩心夹持器的另一端连接的管道经三通一端延伸至放置在称重装置上的测量瓶内，测量瓶出口端管线与计量管及流量计连接。

所述岩心夹持器放置于核磁共振仪的测量腔内，高压氮气储罐与调压系统之间的管道上设置有第一阀门和第一压力控制器，围压泵与岩心夹持器之间的管道上设置有第二阀门和第二压力控制器，岩心夹持器与测量瓶之间的管道上设置有第三阀门和压力采集系统，测量瓶与计量管之间的管道上设置有第四阀门，第四阀门与皂膜流量计之间有第五阀门；液体计量罐与气体流量计之间的管道上设置有第六阀门。

所述岩心夹持器的两端分别通过一个电极与用于测量岩样电阻的LCR数字电桥连接，所述第一压力控制器、第二压力控制器、压力采集系统、LCR数字电桥和核磁共振仪均与数据采集控制台连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

（1）采用该装置实验能减小对岩心伤害，只对岩心进行一次围压的加载卸载，避免了围压多次加载卸载对岩心的结构造成的影响；

（2）该装置可以测试多动态参数，采用半渗隔板法、气体流量计、皂膜流量计和核磁共振仪相结合，通过高压氮气瓶和围压泵对饱和岩样施加一定围压和驱替压力，同时通过LCR数字电桥和核磁共振仪可以测得驱替过程中不同含水饱和度下的岩心电阻和T₂谱及毛管压力；通过气体流量计可以实时测得驱替过程中的产气量，在无水流出时，通过皂膜流量计可以测得驱替过程中气体流量与压力梯度的关系；

（3）数据采集控制台通过岩心电阻和T₂谱及毛管压力可以对整个测量装置进行监测，实时测量不同含水饱和度下岩样的电阻率、毛管压力和孔隙半径，从而对岩样的孔喉分布及含油气饱和度进行有效的评价及分析。

附图说明

图1为基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置的示意图。

图中，1、第一阀门；2、第二阀门；3、第三阀门；4、第四阀门；5、第五阀门； 6、数据采集控制台；7、高压氮气储罐；8、第一压力控制器；9、第二压力控制器；10核磁共振仪；11、岩心夹持器；12、亲水隔板；13、围压泵；14、气体流量计；15、第六阀门；16、液体计量罐；17、计量管；18、测量瓶；19、电子天平；20、压力采集器； 21、LCR数字电桥；22、电极；23、时间控制器；24、温度传感器；25、皂膜流量计。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，只要各种变化在所附的权利要求限定和本实用新型技术方案的精神和内容，均属本实用新型的保护范围之列。

参见图1。

基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置，包括毛管压力电性联测仪、核磁共振仪10、电极22、LCR数字电桥21、压力采集器20、温度传感器24和数据采集控制台6，所述毛管压力电性联测仪包括高压氮气储罐7、围压泵13和用于夹持岩样的岩心夹持器11，岩心夹持器11的一端连接高压氮气储罐7和围压泵13，岩心夹持器11的另一端连接三通，三通的一端连接皂膜流量计25，另一端延伸至放置在电子天平19上的测量瓶18内，并通过计量管17连接液体计量罐16、气体流量计14。

岩心夹持器11放置于核磁共振仪10的测量腔内，岩心夹持器11内装有岩样，高压氮气储罐7与岩心夹持器11之间的管道上设置有第一阀门1和第一压力控制器8；围压泵13与岩心夹持器11之间的管道上设置有第二阀门2和第二压力控制器9；岩心夹持器11与测量瓶18之间的管道上设置有第三阀门3；测量瓶18与计量管17之间的管道上设置有第四阀门4；第三阀门3与皂膜流量计25之间的管道上设置有第五阀门5；液体计量罐16与气体流量计14之间的管道上设置有第六阀门15。

岩心夹持器11的两端分别通过电极22与用于测量岩样电阻的LCR数字电桥21连接，岩心夹持器11还连接压力采集器20和温度传感器24。

所述第一压力控制器8、第二压力控制器9、LCR数字电桥21、核磁共振仪10、电子天平19、压力采集器20和温度传感器24均与数据采集控制台6连接。

电子天平19通过岩样相邻饱和水状态时测得的重量差值可以得到岩样排出的水，通过排出水的质量可以快速计算出岩样此时的含水饱和度。

计量管17、液体计量罐16、气体流量计14可以通过排出水的体积来获得气驱水的产气量。

皂膜流量计25通过测量一段体积所用的时间来获得气体通过岩心的流速。

第一压力控制器8和第二压力控制器9可以选用型号为PT124G-128的压力传感器，数据采集控制台6可以为一台电脑，也可以选用控制芯片，其型号为TMS320DSC2X。

高压氮气储罐7和第一阀门1相配合用于给岩心夹持器11提供驱替压力，第一压力控制器8用于采集相应管道上的压力，数据采集控制台6通过其采集的压力数据判断给岩心夹持器11提供的驱替压力是否达到设定值。

围压泵13与第二阀门2相配合给岩心夹持器11提供围压，第二压力控制用于采集相应管道上的压力，数据采集控制台6通过其采集的压力数据判断给岩心夹持器11提供的围压是否达到设定值。

当与测量瓶18连接的管道无水流出时，表明岩样处于饱和水状态，此时第一压力控制器1采集的压力为毛管压力，LCR数字电桥21和核磁共振仪10可以随时将其采集的数据上传至数据采集控制台6，数据采集控制台6可以每个设定时间记录一次，当岩样处于饱和水状态时，数据采集控制台6需要记录该时刻的毛管压力、LCR数字电桥21采集的电阻、核磁共振仪10的T₂谱及岩样的温度。

实施时，本方案优选岩心夹持器11内部放置岩样的密封腔的两端放置有与岩样两端接触的亲水隔板12，设置亲水隔板12后可以在突破一定喉道的毛管压力前，避免气体进入岩样中，以保证试验过程中测量的各个数据的准确性。

实施时，在测量瓶18与第三阀门3之间设置有与数据采集控制台6连接的压力采集器20，可以通过其采集的压力信号判断岩样中是否有水流出，避免人工观察出现误差引起后续岩石电性参数的计算不准确性。

实施时，当岩样未处于饱和水状态时，与计量管17连接的第四阀门4开启，液体计量管与气体流量计计量测试过程中的产气量；当岩样处于饱和水状态时，与阀门五5连接的皂膜流量计可以测得气体的流动速度。

实施时，本方案优选基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置还包括分别与核磁共振仪10、LCR数字电桥21和数据采集控制台6连接的时间控制器23；设置时间控制器23后，可以通过时间控制器23控制核磁共振仪10和LCR数字电桥21每隔设定时间上传一次采集的数据。

本方案提供的测量装置采用半渗隔板法、非稳态气水相渗测试法、常规低速非达西渗流测试法和核磁共振技术设备实时测量不同含水饱和度下岩样的电阻率、毛管压力和孔喉分布，同时可测量束缚水饱和度和启动压力梯度。

用半渗隔板法测定岩样的电阻率，首先配置地层水对岩样进行饱和，再通过高压氮气瓶7和围压泵13对岩样施加一定围压和驱替压力，通过LCR数字电桥21和核磁共振仪10，记录驱替前100%饱和条件和驱替过程中不同含水饱和度下的岩心电阻和T₂谱及毛管压力，得到不同含水饱和度下的孔隙半径和电阻率，不同含水饱和度下的气水相对渗透率。然后在含水饱和度下，获得启动压力及启动压力梯度，过程中通过时间控制器23设定一定时间（半小时）实行实时监测，并通过数据采集装置进行整个实验装置进行监测，从而对岩样的孔喉分布、含油气饱和度及产能进行有效的评价及分析。

Claims (3)

1.基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置，包括毛管压力电性联测仪、核磁共振仪（10）、电极（22）、LCR数字电桥（21）、压力采集器（20）、温度传感器（24）和数据采集控制台（6），毛管压力电性联测仪包括高压氮气储罐（7）、围压泵（13）和岩心夹持器（11），其特征在于，所述岩心夹持器（11）的一端连接高压氮气储罐（7）和围压泵（13），岩心夹持器（11）的另一端连接三通，三通的一端连接皂膜流量计（25），另一端延伸至放置在电子天平（19）上的测量瓶（18）内，并通过计量管（17）连接液体计量罐（16）、气体流量计（14）；装有岩样的岩心夹持器（11）放置于核磁共振仪（10）的测量腔内，高压氮气储罐（7）与岩心夹持器（11）之间的管道上设置有第一压力控制器（8）；围压泵（13）与岩心夹持器（11）之间的管道上设置有第二压力控制器（9）；岩心夹持器（11）的两端分别通过电极（22）与LCR数字电桥（21）连接，岩心夹持器还连接压力采集器（20）和温度传感器（24）；所述第一压力控制器（8）、第二压力控制器（9）、LCR数字电桥（21）、核磁共振仪（10）、电子天平（19）、压力采集器（20）和温度传感器（24）均与数据采集控制台（6）连接。

2.如权利要求1所述的基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置，其特征在于，所述岩心夹持器（11）内部放置岩样的密封腔的两端有亲水隔板（12）。

3.如权利要求1所述的基于核磁共振的多功能致密气储层动态参数联测装置，其特征在于，该装置还包括分别与核磁共振仪（10）、LCR数字电桥（21）和数据采集控制台（6）连接的时间控制器（23）。