用于层理缝发育页岩的岩心夹持器、电阻率测试仪及方法

技术领域

本发明涉及油气藏储层评价技术领域，具体涉及一种用于层理缝发育页岩的岩心夹持器、电阻率测试仪及方法。

背景技术

页岩的基质孔隙度和渗透率普遍较低，大量发育的层理缝是改善页岩油气储运特性的重要因素。裂缝是指岩石中因为失去内聚力而发生的各种破裂或断裂面，页岩中层理缝的存在显著影响地层中原始流体的分布和运移。阿尔奇(Archie)公式是应用电测井求解地层含油水饱和度的首选模型。基于Archie公式估算储层含水饱和度，是地层岩石含油气饱和度评价的重要手段之一。该方法通过降低岩石含水饱和度，建立饱和度和电阻率对应关系(RI-SW曲线)以求取阿尔奇参数，进而得到地层含油气饱和度。

裂缝与基质孔隙共同构成了岩石的孔隙系统。降低岩石孔隙系统中的含水饱和度是获取阿尔奇参数的必要手段。对于不含裂缝的岩石(即岩石基质孔隙系统)，离心(驱水)和气驱(水)是降低岩石含水饱和度的常用方法。但对于层理缝发育的页岩来说，样品本身有易损坏的特性，因此离心法首先是不适用的。气驱降低岩心饱和度的方法是指，从岩心夹持器装置上部注入气体，使气体从被包裹柱塞的上部向下部扩散，气体通过孔隙系统会驱出其中一部分水，达到降低含水饱和度获取阿尔奇参数的目的。

现有的气驱设备在设计时，将釜体外壳与胶套安装在一起，在实验开始前需要手动将岩心装入胶套的空腔中，然后加载系统围压开展实验，实验结束后再借用推杆手动将岩心推出胶套空腔。在实验结束系统围压释放后经常出现岩心与胶套粘连的问题，页岩样品本身脆性大，岩心在移动过程中极易因受力不均匀而损坏，导致实验失败。

并且，对于页岩来说，大量发育的层理缝在页岩岩心中形成贯穿性通道，这些渗透性远高于基质孔隙的裂缝在岩石中形成优势渗流通道。当流体流经岩石孔隙系统时，会避开基质孔隙而选择这些渗透性强的裂缝做为优先渗流通道。这就导致现有的气体驱替降饱和度方法(气驱法)只能驱出页岩裂缝中的水，而无法驱出基质孔隙中的水。也就是说，裂缝中的含水饱和度降低最大，周围孔隙中的含水饱和度几乎未发生改变。在裂缝发育的页岩中开展基于阿尔奇公式的岩石电阻率测试实验，只能得到反映裂缝流体饱和度变化的导电规律。基质孔隙中的饱和度下降不明显，使得该方法难以表征基质孔隙流体的导电规律，也就不能表征完整页岩孔隙系统中的电阻增大率和饱和度关系，实验结果不能为页岩地层含油饱和度评价提供准确的参数。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能够保护样品不易损坏的用于层理缝发育页岩的岩心夹持器。

进一步，本申请还提供一种用于层理缝发育页岩的电阻率测试仪。

进一步，本申请还提供一种用于层理缝发育页岩的电阻率测试方法。

本发明所采用的技术方案是：

用于层理缝发育页岩的岩心夹持器，包括釜体外壳以及设置在釜体外壳内的胶套，还包括釜体柱塞、岩心上柱塞和岩心下柱塞；所述釜体外壳上端开口，所述釜体柱塞封堵在釜体外壳的上端；所述胶套与釜体外壳分体设置，所述釜体外壳内壁与胶套外壁之间的空间为釜体内部空腔，该釜体内部空腔内填充有不导电硅油；所述岩心上柱塞和岩心下柱塞分别封堵在胶套的上下两端、并在岩心上柱塞和岩心下柱塞之间形成用于加持岩心的夹持空间。

进一步，还包括围压泵，该围压泵通过油管与所述釜体内部空腔连通。

进一步，还包括泄流罐和泄流管，所述釜体外壳底部设有泄压阀，所述泄流管的一端与泄压阀连接，另一端与所述泄流罐连接。

进一步，还包括三角架，该三角架支撑在所述釜体外壳的底部。

进一步，本申请还提供一种用于层理缝发育页岩的电阻率测试仪，包括电阻率仪、岩心夹持器、气源和计量天平，所述岩心夹持器采用上述的岩心夹持器；所述气源通过气体入口管线连接在夹持空间的上端，所述计量天平通过气体出口管线连接在夹持空间的下端；所述电阻率仪通过正电极导线和负电极导线分别与岩心下柱塞和岩心上柱塞连接。

进一步，还包括计算机，所述电阻率仪的输出端与计算机输入端连接。

进一步，所述釜体柱塞上设有多个绝缘接头，所述气体入口管线、气体出口管线、正电极导线和负电极导线分别通过绝缘接头进入釜体内部空腔。

进一步，本申请还提供一种层理缝发育页岩的饱和度-电阻增大率测试方法，采用上述的电阻率测试仪，包括如下步骤：

S1、制作形状规则的岩心并烘干，测量烘干岩心的干重m

S2、配置模拟地层水溶液，在30MPa压力下饱和岩心24小时，使岩心孔隙中完全充满地层水，称量饱和岩心的质量m

S3、测量地层水溶液电阻率R

S4、计算岩心的含水质量和孔隙体积，其中，岩心的含水的质量为m

S5、将饱和岩心装入胶套后置于釜体内，设定系统围压来模拟地层压力状态；

S6、待系统围压稳定后，根据岩心夹持器上千分尺的示数c，计算岩石压缩后的总体积，该体积即为地层压力状态下的岩石总体积，记为V

S7、计算岩心孔隙体积压缩系数cc和压缩后岩心孔隙度

S8、压缩后岩心孔隙中所含水的质量等于地层压力状态下岩心总孔隙中所含水的质量m

S9、测量围压状态下岩心的电阻，即地层压力下饱和岩石的电阻率R

S10、测量围压状态下，降饱和过程中的含水饱和度S

S101采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度；打开岩心上柱塞和下柱塞阀门，用氮气驱替岩心中的水，裂缝中的水会很快脱出岩心；

S102、利用计量天平测量排出水的质量m

S103、采用“吞吐”的方式降低基质孔隙饱和度，该阶段包括4个步骤：

a、吞：打开岩心上柱塞进气阀门并关闭岩心下柱塞出气阀门，将确定量的二氧化碳注入岩心；

b、焖：关闭岩心上柱塞进气阀门，将二氧化碳封闭在岩心内，使气体扩散进入孔隙中，维持约2-12小时；

c、吐：打开岩心下柱塞出气阀门，释放气体压力，二氧化碳分子携带水分脱出基质孔隙；

d、气驱：打开上柱塞进气阀门，通入氮气冲刷附着在裂缝表面和出气口管线中的水分；

重复步骤S102和S103，重复5～7次，获取每次状态下的Sw和RI；

S11、绘制饱和度—电阻增大率图件。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请实施例1所提供的用于层理缝发育页岩的岩心夹持器结构示意图；

图2为本申请实施例2所提供的用于层理缝发育页岩的电阻率测试仪结构示意图。

其中，釜体外壳1、釜体柱塞2、胶套3、岩心上柱塞4、岩心下柱塞5、岩心6、围压泵7、泄流管8、泄流罐9、三角架10、电阻率仪11、计算机12、气源13、计量天平14、气体入口管线15、负电极导线16、正电极导线17、气体出口管线18。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

参见图1，在本实施例中，本申请提供了一种用于层理缝发育页岩的岩心6夹持器，包括釜体外壳1以及设置在釜体外壳1内的胶套3，还包括釜体柱塞2、岩心上柱塞4和岩心下柱塞5；所述釜体外壳1上端开口，所述釜体柱塞2封堵在釜体外壳1的上端；所述胶套3与釜体外壳1分体设置，所述釜体外壳1内壁与胶套3外壁之间的空间为釜体内部空腔，该釜体内部空腔内填充有不导电硅油；所述岩心上柱塞4和岩心下柱塞5分别封堵在胶套3的上下两端、并在岩心上柱塞4和岩心下柱塞5之间形成用于加持岩心6的夹持空间。

使用时，通过将岩心6封装在胶套3内、且位于岩心上柱塞4和岩心6下注塞之间即可开展围压实验。本申请通过将胶套3与釜体外壳1分体设置，胶套3直接封装在样品上，在整个实验过程中，样品在胶套3中保持不动，避免因人为移动等原因而损坏样品，起到保护样品的目的。

优选的，还包括围压泵7，该围压泵7通过油管与釜体内部空腔连通，通过该围压泵7可往釜体内部空腔注入硅油，为岩心6提供覆盖压力，以模拟底层压力状态。

为了便于泄压，本申请还包括泄流罐9和泄流管8，釜体外壳1底部设有泄压阀，泄流管8的一端与泄压阀连接，另一端与泄流罐9连接。在釜体内部空腔压力过大时，可打开泄压阀，硅油可通过泄流管8流入泄流罐9内，以释放釜体内部空腔的硅油。

优选的，还可以包括三角架10，该三角架10支撑在釜体外壳1的底部，对釜体起支撑作用。

实施例2

在本实施例中，本申请提供一种用于层理缝发育页岩的电阻率测试仪，包括电阻率仪11、计算机12、岩心6夹持器、气源13和计量天平14，所述岩心6夹持器采用上述的岩心6夹持器；所述气源13通过气体入口管线15连接在夹持空间的上端，所述计量天平14通过气体出口管线18连接在夹持空间的下端；所述电阻率仪11通过正电极导线17和负电极导线16分别与岩心下柱塞5和岩心上柱塞4连接；所述电阻率仪11的输出端与计算机12输入端连接。

具体的，在釜体柱塞2上设有多个绝缘接头，气体入口管线15、气体出口管线18、正电极导线17和负电极导线16分别通过绝缘接头进入釜体内部空腔。

使用时，气源13释放出驱替气体，该驱替气体通过气体入口管线15进入岩心6上端，驱替岩心6孔隙中的流体；穿过岩心6的气体及岩心6中被驱替出的流体，通过岩心6下端的气体出口管线18排出釜体外并进入计量天平14，在计量天平14上放置有量筒，被驱替出的流体排入该量筒内，由计量天平14称量其质量，从而计算出当前的饱和度；同时，电阻率仪11通过正电极导线17和负电极导线16采集岩心6两端的电阻值，并通过计算机12输出采集电阻率数据。通过该设备，可采集岩心6在围压状态下的质量和电阻率，并根据该质量和电阻率计算出岩心6的含水饱和度和电阻增大率，从而得到岩心6饱和度—电阻增大率(Sw-RI)图件。

实施例3

在本实施例中，本申请提供一种层理缝发育页岩的饱和度-电阻增大率测试方法，采用上述的电阻率测试仪，包括如下步骤：

S1、制作形状规则的岩心并烘干，测量烘干岩心的干重m

具体的，步骤S1包括如下步骤：

S101、取页岩样品加工成直径d为2.54cm，长度L为3-5cm的柱塞岩心。

S102、烘干柱塞岩心，测量其干重m

S2、配置模拟地层水溶液，在30MPa压力下饱和岩心24小时，使岩心孔隙中完全充满地层水，称量饱和岩心的质量m

S3、测量地层水溶液电阻率R

S4、计算岩心的含水质量和孔隙体积，其中，岩心的含水的质量为m

S5、将饱和岩心装入胶套后置于实施例2中的釜体内，设定系统围压来模拟地层压力状态；为保护岩心确保其完整性，后续测试均在岩心夹持器内部完成，岩心不再拿出岩心夹持器外进行测试。

S6、待系统围压稳定后，根据岩心夹持器上千分尺的示数c，计算岩石压缩后的总体积，该体积即为地层压力状态下的岩石总体积，记为V

S7、计算岩心孔隙体积压缩系数cc和压缩后岩心孔隙度

S8、压缩后岩心孔隙中所含水的质量等于地层压力状态下岩心总孔隙中所含水的质量m

S9、测量围压状态下岩心的电阻，记为R

S10、测量围压状态下，降饱和过程中的含水饱和度S

具体的，步骤S10包括如下步骤：

S101采用气驱水的方式降低裂缝含水饱和度；打开岩心上柱塞和下柱塞阀门，用氮气或二氧化碳驱替岩心中的水，裂缝中的水会很快脱出岩心。

S102、利用计量天平测量排出水的质量m

S103、采用“吞吐”的方式降低基质孔隙饱和度，该阶段包括4个步骤：

a、吞：打开岩心上柱塞进气阀门并关闭岩心下柱塞出气阀门，将确定量的二氧化碳注入岩心。

b、焖：关闭岩心上柱塞进气阀门，将二氧化碳封闭在岩心内，使气体扩散进入孔隙中，维持约2-12小时。

c、吐：打开岩心下柱塞出气阀门，释放气体压力，二氧化碳分子携带水分脱出基质孔隙。

d、气驱：打开上柱塞进气阀门，通入氮气冲刷附着在裂缝表面和出气口管线中的水分。

重复步骤S102和S103，重复5～7次，获取每次状态下的Sw和RI；即在采用“吞吐”的4个步骤多次降低基质孔隙饱和度，在每次降低基质孔隙饱和度后，均采用步骤S102的方法测量排出水的质量和电阻，从而计算每次降低基质孔隙饱和度后的饱和度和电阻增大率。

S11、根据步骤S10得出的含水饱和度S

本申请采用气体驱替和气体吞吐法相结合来降低页岩裂缝含水饱和度，气体包括氮气和二氧化碳两种；气体驱替降饱和度法是指将氮气从岩心筒的入口端注入被围压包裹的岩心，利用气体的排驱能力将裂缝中的水驱离出孔隙系统，被驱出的水将从岩心筒的出口端流出，达到降低岩石含水饱和度的目的，气体驱替的整个过程中气体入口端和出口端的阀门均呈打开状态。气体驱替降饱和度过程完成后，开展气体吞吐法降低基质孔隙的饱和度。气体吞吐降饱和度法由“吞-焖-吐”三个部分构成，所用的气体介质为二氧化碳。“吞”是将一定量增压后的气体由岩心筒的入口端注入被围压包裹的岩心，此时入口端的阀门是打开的而出口端的阀门则是关闭的；接下来，待气体达到一定压力后关闭入口端阀门，将气体封闭在岩心孔隙中一定时间，封闭的气体将会在页岩的孔隙系统中扩散，此时入口端和出口端的阀门均是关闭的，该阶段称为“焖”，该阶段中孔隙中封闭的气体压力会逐步下降；最后，待“焖”井压力下降到一定值后，进入“吐”阶段，“吐”是一个压力释放的过程，该过程中需要打开出口端阀门来释放气体，高压气体会携带孔隙中的部分流体脱出岩心；通过“吞-焖-吐”三个步骤实现降低岩石基质孔隙含水饱和度的目的，解决气驱法在页岩基质孔隙中无法实现脱水的问题。根据本申请方法实验结果绘制的RI-SW曲线，能够反映页岩中包括裂缝和基质孔隙在内的整个孔隙系统电性特征的阿尔奇参数，能够为页岩地层含油饱和度评价提供更准确的参数。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、系统和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、系统、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、系统、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。