本實(shí)用新型涉及致密油氣儲(chǔ)層物性測(cè)量與評(píng)價(jià)領(lǐng)域，特別是一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁(yè)巖滲透率測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

上個(gè)世紀(jì)50、60年代，美國(guó)和前蘇聯(lián)率先開(kāi)展了使用超聲波技術(shù)提高油氣儲(chǔ)層滲透率的研究，并且證明了超聲波能夠促進(jìn)油氣滲流。此后，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者先后對(duì)超聲波作用下的多孔介質(zhì)滲流行為進(jìn)行了細(xì)致研究，發(fā)現(xiàn)超聲波作用下砂巖和煤巖等多孔介質(zhì)的滲透率有較為明顯的改善。近年來(lái)，隨著美國(guó)頁(yè)巖氣的開(kāi)采取得了巨大成功，頁(yè)巖氣這種非常規(guī)油氣資源在全球范圍內(nèi)受到了極大的關(guān)注。頁(yè)巖儲(chǔ)層由于其滲透率極低，開(kāi)采過(guò)程中通常需要進(jìn)行大規(guī)模的水力壓裂來(lái)提高頁(yè)巖氣的采收率。水力壓裂技術(shù)在成功提高頁(yè)巖氣產(chǎn)量的同時(shí)也帶來(lái)了一些風(fēng)險(xiǎn)，如環(huán)境污染和能量消耗等。超聲波作為一種低能量消耗、無(wú)污染的技術(shù)，若能成功應(yīng)用在頁(yè)巖氣等致密油氣藏開(kāi)采中，將對(duì)我國(guó)資源開(kāi)發(fā)有重要意義。

頁(yè)巖儲(chǔ)層巖性致密，頁(yè)巖基塊以納米級(jí)孔隙為主，其滲透率通常小于0.01mD。目前，實(shí)驗(yàn)室在超聲波作用下進(jìn)行頁(yè)巖滲透率測(cè)定的方法仍然以常規(guī)穩(wěn)態(tài)驅(qū)替法為主，這種方法需要的壓差極大、耗時(shí)極長(zhǎng)，并且測(cè)試巖樣會(huì)有損壞的風(fēng)險(xiǎn)。與之相比，使用壓力脈沖法對(duì)頁(yè)巖進(jìn)行滲透率測(cè)試不僅要求的壓差小，而且測(cè)試時(shí)間短，更加適合進(jìn)行頁(yè)巖等致密巖石的滲透率測(cè)試，然而尚且沒(méi)有關(guān)于使用液體壓力脈沖來(lái)測(cè)試超聲波作用下的頁(yè)巖滲透率的實(shí)驗(yàn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決現(xiàn)有壓力脈沖實(shí)驗(yàn)裝置不能進(jìn)行超聲波作用下頁(yè)巖巖心的滲透率測(cè)試，提供一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁(yè)巖滲透率測(cè)試裝置。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁(yè)巖滲透率測(cè)試裝置，它包括恒壓恒流泵、真空泵、巖心夾持器、上游標(biāo)準(zhǔn)室和下游標(biāo)準(zhǔn)室，所述的上游標(biāo)準(zhǔn)室與巖心夾持器的進(jìn)液端連通，下游標(biāo)準(zhǔn)室與巖心夾持器的出液端連通，上游標(biāo)準(zhǔn)室與巖心夾持器進(jìn)液端之間的節(jié)點(diǎn)與下游標(biāo)準(zhǔn)室與巖心夾持器出液端的節(jié)點(diǎn)之間連接有平衡控制閥，上游標(biāo)準(zhǔn)室和下游標(biāo)準(zhǔn)室上均連接有壓力傳感器，下游標(biāo)準(zhǔn)室上還連接有排液閥；所述的恒壓恒流泵的吸水口到上游標(biāo)準(zhǔn)室之間順次連接有中間容器和巖心夾持器進(jìn)液口控制閥，中間容器與排液閥連通，恒壓恒流泵的排水口到上游標(biāo)準(zhǔn)室之間順次連接有恒壓恒流泵控制閥、上游標(biāo)準(zhǔn)室進(jìn)液口控制閥；所述的真空泵與上游標(biāo)準(zhǔn)室進(jìn)液口控制閥之間連接有真空泵控制閥；它還包括超聲波發(fā)生器、超聲波換能器和圍壓泵，超聲波換能器設(shè)置于巖心夾持器的進(jìn)液端內(nèi)且與超聲波發(fā)生器連接，所述的圍壓泵與巖心夾持器連通。

所述的中間容器、上游標(biāo)準(zhǔn)室、巖心夾持器和下游標(biāo)準(zhǔn)室構(gòu)成一個(gè)閉合回路。

所述的壓力傳感器的精度為千分之一。

所述超聲波換能器的頻率為20～100kHZ，功率為30～250W，超聲波換能器具有六檔輸出功率。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了超聲波作用下頁(yè)巖滲流特性評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)儀器操作簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)所需壓差小、測(cè)試時(shí)間短。(2)測(cè)試工作液可循環(huán)利用，有助于研究超聲波對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層滲流特性的影響，具有一定的推廣前景。(3)本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了超聲波作用下快速測(cè)定頁(yè)巖滲透率實(shí)驗(yàn)，模擬了不同超聲波功率作用下頁(yè)巖滲透率變化過(guò)程；觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)鹽水通過(guò)待測(cè)巖心的脈沖衰減曲線的差異，利用液體壓力脈沖模型計(jì)算巖心液測(cè)滲透率，實(shí)現(xiàn)了超聲波對(duì)頁(yè)巖滲流特性影響程度的評(píng)價(jià)。(4)本實(shí)用新型有助于完善超聲波對(duì)頁(yè)巖滲流特性影響機(jī)理的研究。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為超聲波作用前后測(cè)試巖心兩端壓差Δp隨時(shí)間t的關(guān)系曲線；

圖中，1-恒壓恒流泵，2-真空泵，3-恒壓恒流泵控制閥，4-真空泵控制閥，5-上游標(biāo)準(zhǔn)室進(jìn)液口控制閥，6-上游標(biāo)準(zhǔn)室，7-測(cè)試巖心，8-中間容器，9-巖心夾持器進(jìn)液口控制閥，10-超聲波換能器，11-巖心夾持器，12-平衡控制閥，13-超聲波發(fā)生器，14-圍壓泵，15-下游標(biāo)準(zhǔn)室，16-排液閥，17-壓力傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于以下所述：

如圖1所示，一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁(yè)巖滲透率測(cè)試裝置，它包括恒壓恒流泵1、真空泵2、巖心夾持器11、上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15，所述的上游標(biāo)準(zhǔn)室6與巖心夾持器11的進(jìn)液端連通，下游標(biāo)準(zhǔn)室15與巖心夾持器11的出液端連通，上游標(biāo)準(zhǔn)室6與巖心夾持器11進(jìn)液端之間的節(jié)點(diǎn)與下游標(biāo)準(zhǔn)室15與巖心夾持器11出液端的節(jié)點(diǎn)之間連接有平衡控制閥12，上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15上均連接有壓力傳感器17，壓力傳感器17的精度為千分之一，下游標(biāo)準(zhǔn)室15上還連接有排液閥16；所述的恒壓恒流泵1的吸水口到上游標(biāo)準(zhǔn)室6之間順次連接有中間容器8和巖心夾持器進(jìn)液口控制閥9，中間容器8與排液閥16連通，恒壓恒流泵1的排水口到上游標(biāo)準(zhǔn)室6之間順次連接有恒壓恒流泵控制閥3、上游標(biāo)準(zhǔn)室進(jìn)液口控制閥5；所述的真空泵2與上游標(biāo)準(zhǔn)室進(jìn)液口控制閥5之間連接有真空泵控制閥4；它還包括超聲波發(fā)生器13、超聲波換能器10和圍壓泵14，超聲波換能器10的頻率為20～100kHZ，功率為30～250W，超聲波換能器10具有六檔輸出功率，超聲波換能器10設(shè)置于巖心夾持器11的進(jìn)液端內(nèi)且與超聲波發(fā)生器13連接，所述的圍壓泵14與巖心夾持器11連通。

所述的中間容器8、上游標(biāo)準(zhǔn)室6、巖心夾持器11和下游標(biāo)準(zhǔn)室15構(gòu)成一個(gè)閉合回路。

如圖1所示，當(dāng)所述恒壓恒流泵控制閥3、平衡控制閥12和排液閥16關(guān)閉時(shí)，真空泵2對(duì)上游標(biāo)準(zhǔn)室6、巖心夾持器11和下游標(biāo)準(zhǔn)室15抽真空；當(dāng)所述真空泵控制閥4和平衡控制閥12關(guān)閉時(shí)，中間容器8內(nèi)的流體通過(guò)恒壓恒流泵1泵入上游標(biāo)準(zhǔn)室6、巖心夾持器11和下游標(biāo)準(zhǔn)室15，并通過(guò)排液閥16返回到中間容器8，進(jìn)而完成在有超聲波和沒(méi)有超聲波作用下的頁(yè)巖滲透率測(cè)試。

所述的裝置在超聲波作用下基于液體壓力脈沖測(cè)試頁(yè)巖滲透率的方法，它包括以下步驟：

S1、取測(cè)試巖心7，在57～60℃下烘干8h，測(cè)試巖心7的直徑為25.0±0.2mm，長(zhǎng)度L為50.0±0.2mm；

S2、將測(cè)試巖心7裝入巖心夾持器11內(nèi)，關(guān)閉巖心夾持器進(jìn)液口控制閥9，并通入標(biāo)準(zhǔn)鹽水標(biāo)定上游標(biāo)準(zhǔn)室6的容水度C₁，標(biāo)準(zhǔn)鹽水為3％KCl溶液；

S3、打開(kāi)上游標(biāo)準(zhǔn)室進(jìn)液口控制閥5，關(guān)閉恒壓恒流泵控制閥3、平衡控制閥12、真空泵控制閥4和排液閥16，通過(guò)圍壓泵14向測(cè)試巖心7施加8～10MPa的圍壓，隨后打開(kāi)真空泵控制閥4并啟動(dòng)真空泵2，通過(guò)真空泵2對(duì)測(cè)試巖心7、上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15抽真空，抽真空時(shí)間為12h；

S4、關(guān)閉真空泵控制閥4，打開(kāi)恒壓恒流泵控制閥3、上游標(biāo)準(zhǔn)室進(jìn)液口控制閥5、巖心夾持器進(jìn)液口控制閥9和排液閥16，啟動(dòng)恒壓恒流泵1，通過(guò)恒壓恒流泵1將中間容器8內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)鹽水經(jīng)恒壓恒流泵控制閥3泵入上游標(biāo)準(zhǔn)室6內(nèi)，在水壓下標(biāo)準(zhǔn)鹽水順次進(jìn)入測(cè)試巖心7和下游標(biāo)準(zhǔn)室15中，使測(cè)試巖心7充分飽和鹽水24h；

S5、打開(kāi)平衡控制閥12，上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15相互連通，保證上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15的壓力相同；

S6、關(guān)閉平衡控制閥12，調(diào)節(jié)恒壓恒流泵1以在步驟S5的平衡壓力基礎(chǔ)上為上游標(biāo)準(zhǔn)室6增加一個(gè)5～10％平衡壓力值的脈沖壓力，在壓差作用下標(biāo)準(zhǔn)鹽水通過(guò)測(cè)試巖心7流入下游標(biāo)準(zhǔn)室15，關(guān)閉上游標(biāo)準(zhǔn)室進(jìn)液口控制閥5，通過(guò)連接在上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15的壓力傳感器17分別檢測(cè)上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)鹽水壓力隨時(shí)間的變化，并每隔10s計(jì)算出上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15的壓差Δp隨時(shí)間t的變化；

S7、根據(jù)以下式計(jì)算超聲波處理前的測(cè)試巖心基準(zhǔn)滲透率k₁：

其中：μ為標(biāo)準(zhǔn)鹽水粘度，mPa·s；L為測(cè)試巖心長(zhǎng)度，mm；A為測(cè)試巖心橫截面積，mm²；C₁為上游標(biāo)準(zhǔn)室的容水度，cm³/MPa；t為測(cè)試時(shí)間，s；Δp(0)為初始時(shí)刻上游標(biāo)準(zhǔn)室和下游標(biāo)準(zhǔn)室的壓差，MPa；Δp(t)為t時(shí)刻上游標(biāo)準(zhǔn)室和下游標(biāo)準(zhǔn)室的壓差，MPa；

其中上游標(biāo)準(zhǔn)室的容水度C₁的計(jì)算公式為：

其中V₁為上游標(biāo)準(zhǔn)室容水體積，cm³；p₁為上游標(biāo)準(zhǔn)室的壓力，MPa；

S8、在超聲波發(fā)生器13上設(shè)置一個(gè)超聲波的測(cè)試功率和頻率，重復(fù)步驟S5～S6，進(jìn)行超聲波作用下的巖石液測(cè)滲透率測(cè)試，超聲波作用下的測(cè)試巖心的滲透率k₂的計(jì)算公式為：

其中：Δp(0)為超聲波作用下的初始時(shí)刻上游標(biāo)準(zhǔn)室和下游標(biāo)準(zhǔn)室的壓差，MPa；Δp(t)為超聲波作用下t時(shí)刻上游標(biāo)準(zhǔn)室和下游標(biāo)準(zhǔn)室的壓差，MPa；

S9、如圖2所示，制作出測(cè)試巖心7在超聲波作用前后上游標(biāo)準(zhǔn)室6和下游標(biāo)準(zhǔn)室15的壓差Δp和時(shí)間t的關(guān)系曲線。

因此通過(guò)本裝置和測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)了超聲波作用下快速測(cè)定頁(yè)巖滲透率實(shí)驗(yàn)，模擬了不同超聲波功率作用下頁(yè)巖滲透率變化過(guò)程；觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)鹽水通過(guò)待測(cè)巖心的脈沖衰減曲線的差異，利用液體壓力脈沖模型計(jì)算巖心液測(cè)滲透率，實(shí)現(xiàn)了超聲波對(duì)頁(yè)巖滲流特性影響程度的評(píng)價(jià)。

在步驟S1中采用直徑測(cè)試巖心為直徑25mm，長(zhǎng)度L為50mm的巖樣，巖樣長(zhǎng)度L和橫截面積A分別為49.6mm和482.8mm²；在步驟S2中采用上游標(biāo)準(zhǔn)室6的容水度C₁為0.018cm³/Mpa；在步驟S6中，調(diào)節(jié)恒壓恒流泵1以在步驟S5的平衡壓力基礎(chǔ)上為上游標(biāo)準(zhǔn)室6增加一個(gè)800KPa的脈沖壓力，根據(jù)公式(1)和(2)分別計(jì)算超聲波作用前后巖樣滲透率為k₁＝0.00521mD，k₂＝0.00566mD。

對(duì)本實(shí)用新型應(yīng)當(dāng)理解的是，以上所述的實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，以上僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例而已，并不用于限定本實(shí)用新型，凡是在實(shí)用新型的精神原則之內(nèi)，所作出的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。