岩芯覆压基质渗透率的测试方法及装置

技术领域

本申请涉及地质测试技术领域，具体而言，涉及一种岩芯覆压基质渗透率的测试方法及装置。

背景技术

渗透率是重要的岩石物理性质，渗透率包括表观渗透率和基质渗透率。基质渗透率代表着孔隙介质内部流体释放的能力，是页岩气开采过程中重要的技术参数。

目前，可以通过覆压孔渗仪测量岩芯的覆压脉冲渗透率(或表观渗透率)，但是尚不能测量岩芯的覆压基质渗透率。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种岩芯覆压基质渗透率的测试方法及装置，用以实现测试岩芯的覆压基质渗透率。

第一方面，本申请实施例提供一种岩芯覆压基质渗透率的测试方法，包括：将待测试岩芯周围的压力控制到目标压力；目标压力代表模拟的地层压力；抽出所述待测试岩芯内部的气体；将预设压力的测试气体通入所述待测试岩芯中，并在通入所述测试气体的过程中，采集所述待测试岩芯的压力变化信息；根据所述压力变化信息确定所述待测试岩芯在所述模拟的地层压力条件下的基质渗透率。

在本申请实施例中，与现有技术相比，通过先抽出待测试岩芯内部的气体，然后再进行加压；岩芯的基质是刚性的骨架，骨架中间有空隙，连通成通道；通过抽出气体，再加压时，能够保证加入的测试气体进入岩芯的基质中(即实现基质的直接加压)，进而最终得到的压力变化信息为基质对应的压力变化信息，基于该压力变化信息，能够确定待测试岩芯在模拟的地层压力条件下的基质渗透率(即覆压基质渗透率)，实现覆压基质渗透率的测试。

作为一种可能的实现方式，所述根据所述压力变化信息确定所述待测试岩芯在所述模拟的地层压力条件下的基质渗透率，包括：通过公式：

在本申请中，结合压力变化信息，与预先确定的各个参数信息，能够实现待测试岩芯的基质渗透率的准确测试。

第二方面，本申请实施例提供一种岩芯覆压基质渗透率的测试装置，所述测试装置用于实现第一方面以及第一方面的任意一种可能的实现方式中所述的测试方法，所述测试装置包括：岩芯固定装置，用于固定待测试岩芯；增压装置，用于将所述待测试岩芯周围的压力控制到目标压力；所述目标压力代表模拟的地层压力；真空装置，用于抽出所述待测试岩芯内部的气体；通气装置，用于将预设压力的测试气体通入所述待测试岩芯中；以及在通入所述测试气体的过程中，采集所述待测试岩芯的压力变化信息；计算机，与所述通气装置连接，用于根据所述压力变化信息确定所述待测试岩芯在所述模拟的地层压力的条件下的基质渗透率。

在本申请实施例中，通过岩芯固定装置固定待测试岩芯，通过增压装置控制待测试岩芯周围的压力，通过通气装置实现待测试岩芯的压力变化信息采集，通过计算机实现基于压力变化信息的基质渗透率计算；最终实现岩芯的覆压基质渗透率的测试。

作为一种可能的实现方式，所述增压装置包括：增压泵，用于增加所述待测试岩芯周围的压力；第一压力表，用于与所述待测试岩芯连接，采集所述待测试岩芯周围的压力。

在本申请实施例中，通过增压泵增加压力，通过第一压力表采集压力，实现可控制的增压。

作为一种可能的实现方式，所述增压泵还设置有第一阀门，所述第一阀门与所述计算机连接，所述计算机还用于控制所述第一阀门的打开或者关闭。

在本申请实施例中，通过计算机对第一阀门的控制，实现对待测试岩芯的增压的控制。

作为一种可能的实现方式，所述增压泵和所述第一压力表放置在恒温箱中。

在本申请实施例中，通过将增压泵和第一压力表放置在恒温箱中，实现增压泵和第一压力表的恒温控制。

作为一种可能的实现方式，所述通气装置包括：气体源、参考杯和第二压力表；所述气体源用于将测试气体通入所述参考杯中；所述参考杯中的测试气体用于通入所述待测试岩芯中；所述第二压力表与所述计算机连接，且靠近所述参考杯设置，用于监测所述参考杯中通入的压力为所述预设压力，以及在所述测试气体通入所述待测试岩芯中时，采集所述压力变化信息，并将所述压力变化信息发送给所述计算机。

在本申请实施例中，参考杯相当于压力过渡装置(通入待测试岩芯中测试气体即为参考杯中的测试气体)，第二压力表相当于测压装置，通过参考杯和第二压力表的设置，能够保证通入待测试岩芯中的测试气体为预设压力。

作为一种可能的实现方式，所述气体源与所述参考杯之间设置有第二阀门，所述第二阀门与所述计算机连接，所述计算机还用于控制所述第二阀门的打开或者关闭。

在本申请实施例中，通过第二阀门的设置，能够实现气体源与待测试岩芯的连通或者断开的控制，避免在不需要通气时，气体源中的气体对待测试岩芯中的压力产生影响，提高最终计算出的覆压基质渗透率的精度。

作为一种可能的实现方式，所述参考杯与所述待测试岩芯之间设置有第三阀门，所述第三阀门与所述计算机连接，所述计算机还用于控制所述第三阀门的打开或者关闭。

在本申请实施例中，通过第三阀门的设置，能够实现参考杯与待测试岩芯的连通或者断开的控制，避免在不需要参考杯的作用时，参考杯中的压力对待测试岩芯中的压力产生影响，提高最终计算出的覆压基质渗透率的精度。

作为一种可能的实现方式，所述参考杯和所述第二压力表放置在恒温箱中。

在本申请实施例中，通过将参考杯和第二压力表放置在恒温箱中，实现参考杯和第二压力表的恒温控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的测试方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的测试装置的第一种实施方式的示意图；

图3为本申请实施例提供的测试装置的第二种实施方式的示意图。

图标：200-测试装置；210-岩芯固定装置；211-岩芯夹持器；220-增压装置；221-第一压力表；222-第一阀门；223-增压泵；230-真空装置；231-真空泵；232-排气阀；240-通气装置；241-气瓶；242-第二阀门；243-第二压力表；244-参考杯；245-第三阀门；250-计算机；260-待测试岩芯。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

本申请实施例提供一种岩芯覆压基质渗透率的测试方法以及测试装置，其中，测试方法可以不依赖于该测试装置，即，利用该测试方法的实现原理，也可以采用其他可实施的测试装置。如果该测试方法采用本申请的测试装置，其实施效果更佳。在本申请实施例中，为了便于对该测试方法和测试装置的理解，先对测试方法进行介绍，然后再结合测试方法对测试装置进行介绍。

请参照图1，为本申请实施例提供的岩芯覆压基质渗透率的测试方法的流程图，该测试方法包括：步骤110、步骤120、步骤130和步骤140。

步骤110：将待测试岩芯周围的压力控制到目标压力。目标压力代表模拟的地层压力。

步骤120：抽出待测试岩芯内部的气体。

步骤130：将预设压力的测试气体通入待测试岩芯中，并在通入测试气体的过程中，采集待测试岩芯的压力变化信息。

步骤140：根据压力变化信息确定待测试岩芯在模拟的地层压力条件下的基质渗透率。

在本申请实施例中，与现有技术相比，通过先抽出待测试岩芯内部的气体，然后再进行加压；岩芯的基质是刚性的骨架，骨架中间有空隙，连通成通道；通过抽出气体，再加压时，能够保证加入的测试气体进入岩芯的基质中(即实现基质的直接加压)，进而最终得到的压力变化信息为基质对应的压力变化信息，基于该压力变化信息，能够确定待测试岩芯在模拟的地层压力条件下的基质渗透率(即覆压基质渗透率)，实现覆压基质渗透率的测试。

在本申请实施例中，对于待测试岩芯来说，通过压力的控制实现测试，因此，该测试方法需要在相对封闭的空间中执行，即该测试方法对应的测试环境为相对封闭的环境。

在本申请实施中，给待测试岩芯施加的压力相当于模拟的地层压力，进而最终的测试结果可以代表岩芯在一定的地层压力下的覆压基质渗透率。

在步骤110中，可以通过压力增加装置或者压力降低装置等实现将压力控制到目标压力。如何控制压力取决于待测试岩芯周围的压力的初始大小，如果待测试岩芯周围的压力较小，则可以通过压力增加装置增加待测试岩芯周围的压力。如果待测试岩芯周围的压力较大，则可以通过压力降低装置降低待测试岩芯周围的压力。对应的，目标压力值是相对于初始压力值有所变化的较为合适的压力值。

在步骤120中，可以通过抽气装置实现待测试岩芯内部的气体的抽出。比如：利用抽气泵、真空泵等实现内部的气体的抽出。在抽出气体时，可以通过对应的连接管将抽气装置连接到待测试岩芯内部，以实现待测试岩芯内部的抽气。在抽气时，可以合理地设置抽气时间，以保证内部气体的完全抽出。待测试岩芯内部的气体包括但不限于：内部的吸附气体和自由气体。

在步骤130中，预设压力取决于待测试岩芯所能承受的压力值。测试气体可以为前述实施例中所述的吸附气体和自由气体。在通入气体的过程中，可以通过待测试岩芯连接的压力表采集待测试岩芯的压力变化信息，即不同的时刻对应的各个压力值。

在步骤140中，利用采集的压力变化信息对待测试岩芯的覆压基质渗透率进行确定。该确定过程可由具有数据处理功能的电子设备实现。

作为一种可选的实施方式，该确定过程包括：通过公式：

其中，各个参数的预先确定方式或者预设方式取决于所选用的测试气体、以及测试装置的实施方式，因此，此处先不对该计算过程的详细实施方式进行介绍，在后续介绍测试装置时进行结合介绍。

在本申请中，结合压力变化信息，与预先确定的各个参数信息，能够实现待测试岩芯的覆压基质渗透率的准确测试。

接下来请参照图2，为本申请实施例所提供的测试装置200的示意图，测试装置200包括：岩芯固定装置210、增压装置220、真空装置230、通气装置240以及计算机250，在图2中，还包括待测试岩芯260。

其中，岩芯固定装置210用于固定待测试岩芯260。增压装置220用于将待测试岩芯260周围的压力控制到目标压力。真空装置230用于抽出待测试岩芯260内部的气体。通气装置240用于将预设压力的测试气体通入待测试岩芯260中，以及在通入测试气体的过程中，采集待测试岩芯260的压力变化信息。计算机250用于根据压力变化信息确定待测试岩芯260的覆压基质渗透率。

在本申请实施例中，通过岩芯固定装置210固定待测试岩芯260，通过增压装置220控制待测试岩芯260周围的压力，通过通气装置240实现待测试岩芯260的压力变化信息采集，通过计算机250实现基于压力变化信息的覆压基质渗透率计算；最终实现待测试岩芯260的覆压基质渗透率的测试。

接下来对测试装置200的各个装置的实施方式进行介绍。

岩芯固定装置210，其作用除了将待测试岩芯260进行直接固定，还可以起到将增压装置220、真空装置230和通气装置240连接到待测试岩芯260的作用。

因此，作为一种可选的实施方式，岩芯固定装置210为岩芯夹持器，岩芯夹持器包括两夹持端(第一夹持端及第二夹持端)，待测试岩芯260(一般为长条状)被夹持在两夹持端之间。在岩芯夹持器的两端，可以开设对应的连接通道，该通道用于实现增压装置220、真空装置230和通气装置240与待测试岩芯260的连通，比如：通气装置240将对应的连接管通过第一夹持端的连接通道实现与待测试岩芯260的连通；真空装置230将对应的连接管通过第二夹持端的连接通道实现与待测试岩芯260的连通。

此外，岩芯固定装置210以及待测试岩芯260都可以放置在恒温箱中。

增压装置220，其作用是增加待测试岩芯260周围的压力。作为一种可选的实施方式，增压装置220包括增压泵和第一压力表。其中，增压泵用于增加待测试岩芯260周围的压力，第一压力表可以与待测试岩芯260连接，采集待测试岩芯260周围的压力值。在连接时，可以先将增压泵与待测试岩芯260连接，再将第一压力表连接到增压泵与待测试岩芯的中间，进而，在利用增压泵进行增压时，第一压力表可以实时采集待测试岩芯260周围的压力值，在达到目标压力时，增压泵停止增压。

其中，由于第一压力表所监测到的压力值对最终计算的渗透率影响较小，因此，第一压力表的精度要求可以较低，采用普通的压力表即可。增压泵，可以是手持增压泵。

作为一种可选的实施方式，增压泵设置第一阀门，该第一阀门用于控制增压泵的打开或者关闭。以及控制增压泵的打开程度，进而调节增压泵的增压速率，比如：第一阀门打开得越多，增压速率越快；第一阀门打开得越小，增压速率越慢。

该第一阀门可以是手动调节阀，也可以是电动调节阀。如果该第一阀门是电动调节阀，则第一阀门还与计算机250连接，计算机250可以通过阀门控制程序实现第一阀门的自动打开或者自动关闭，以及实现打开程度的控制等。

此外，如果该第一阀门是电动调节阀，则增压装置220整体部分(即增压泵、第一压力表和第一阀门)都可以放置在恒温箱中，该恒温箱的恒温控制可以由计算机250实现。如果该第一阀门是手动调节阀，可以将该手动调节阀外接，然后增压泵和第一压力表放置在恒温箱中。

需要注意的是，对于增压泵来说，通常自带连接管，因此，可以直接将增压泵自带的连接管连通到待测试岩芯260，然后再设置第一阀门(通常增压泵自带阀门，该自带阀门可以作为第一阀门)。

真空装置230，其作用是实现对待测试岩芯260抽气，可以包括：真空泵和排气阀。真空泵用于实现抽气，排气阀用于控制真空泵的打开或者关闭，以及控制真空泵的打开程度，进而调节真空泵的抽气速率，比如：排气阀打开得越多，抽气速率越快；排气阀打开得越小，抽气速率越慢。

该排气阀可以是手动调节阀，也可以是电动调节阀。如果该排气阀是电动调节阀，则排气阀还与计算机250连接，计算机250可以通过阀门控制程序实现排气阀的自动打开或者自动关闭，以及实现打开程度的控制等。

此外，如果该排气阀是电动调节阀，则排气阀可以放置在恒温箱中，真空泵放置在恒温箱外，该恒温箱的恒温控制可以由计算机实现。如果该排气阀是手动调节阀，则手动调节阀可以外接，真空泵放置在恒温箱内。

需要注意的是，对于真空泵来说，通常自带连接管，因此，可以直接将真空泵自带的连接管连通到待测试岩芯260，然后再设置排气阀(通常真空泵自带排气阀)。

通气装置240，其作用是实现将测试气体通入待测试岩芯260中，作为一种可选的实施方式，通气装置240包括：气体源、参考杯和第二压力表。气体源用于将测试气体通入参考杯中，即提供测试气体。参考杯中的测试气体用于通入待测试岩芯260中，即参考杯相当于一个过渡的测试气体容器。第二压力表与计算机250连接，且靠近参考杯设置，用于监测参考杯中通入的压力为预设压力，以及在测试气体通入待测试岩芯260中时，采集压力变化信息，并将压力变化信息发送给计算机250。即，第二压力表用于检测从气体源到待测试岩芯260之间的压力。

其中，气体源可以是气瓶、气罐等，或者其他容置气体的容器。

参考杯的实施方式取决于预设压力，根据预设压力与测试气体的密度之间的关系可以计算出参考杯的体积，即预计通入的测试气体的体积。通过参考杯，可以实现通入待测试岩芯260中的测试气体的可控性。在实施时，可以先将测试气体通入参考杯中，然后再将参考杯中的测试气体通入待测试岩芯260中。需要注意的是，在将参考杯中的测试气体通入待测试岩芯中时，气体源与参考杯之间应当断开连接，即不形成气体通路。在向参考杯中通入测试气体时，参考杯与待测试岩芯260之间应当断开连接。

因此，为了实现两个过程中的气体通路的要求，作为一种可选的实施方式，气体源与参考杯之间设置有第二阀门。该第二阀门可以用于控制参考杯与气体源之间(气路)的断开或者连接。以及控制气体源通入测试气体的速率，比如：第二阀门打开得越多，通气速率越快；第二阀门打开得越小，通气速率越慢。

该第二阀门可以是手动调节阀，也可以是电动调节阀。如果该第二阀门是电动调节阀，则第二阀门还与计算机250连接，计算机250可以通过阀门控制程序实现第二阀门的自动打开或者自动关闭，以及实现打开程度的控制等。

此外，如果该第二阀门是电动调节阀，则第二阀门和参考杯都可以放置在恒温箱中，通过计算机250实现恒温控制。如果该第二阀门是手动调节阀，则可以将该手动调节阀外接，然后参考杯放置在恒温箱中。

进一步地，作为一种可选的实施方式，参考杯与待测试岩芯260之间设置有第三阀门，该第三阀门可以用于控制参考杯与待测试岩芯260之间(气路)的断开或者连接。以及控制参考杯中的测试气体通入待测试岩芯260的速率，比如：第三阀门打开得越多，通气速率越快；第三阀门打开得越小，通气速率越慢。

该第三阀门可以是手动调节阀，也可以是电动调节阀。如果该第三阀门是电动调节阀，则第三阀门还与计算机250连接，计算机250可以通过阀门控制程序实现第三阀门的自动打开或者自动关闭，以及实现打开程度的控制等。

此外，如果该第三阀门是电动调节阀，则第三阀门和参考杯都可以放置在恒温箱中，通过计算机250实现恒温控制。如果该第三阀门是手动调节阀，则可以将该手动调节阀外接，然后参考杯放置在恒温箱中。

需要注意的是，在前述实施例中所介绍的，通气的过程，还需要利用通气专用的连接管(比如通气管)实现。通常来说，气体源自带连接管，比如：在连接时，可以将该连接管连通到参考杯，然后将第二阀门安装到该连接管合适的位置处。在参考杯和待测试岩芯260之间，可以通过单独的连接管实现两者的连通，然后将第三阀门安装到该连接管合适的位置处。

对于第二压力表，由于其需要采集在通气过程中的压力变化信息，该压力变化信息对最终的渗透率的计算的影响较大，因此，第二压力表可以采用高精度的压力表。

计算机250，可以理解为整个测试装置200的控制中心，用于实现阀门的控制、数据的处理。其中，第一压力表和第二压力表均可以与计算机250连接，第一压力表和第二压力表所采集的数据均实时传输给计算机250。计算机250可以是常用的计算机250，也可以是为了实现对应的数据处理功能所单独开发的计算机250，使其功能与该测试装置200适配，比如：用户界面上实时显示压力值、显示最终所测的渗透率等。

计算机250内部可以包括：存储器、输入输出模块、处理器、通信模块、显示器等。其中，处理器、通信模块、存储器和输入输出模块以及显示器可以通过总线连接。

存储器可以包括但不限于RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，ROM(Read Only Memory，只读存储器)，PROM(Programmable Read-Only Memory，可编程只读存储器)，EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦除只读存储器)，EEPROM(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦除只读存储器)等。

总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互联标准)总线或EISA(EnhancedIndustry Standard Architecture，扩展工业标准结构)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。

处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。处理器可以是通用处理器，包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、NP(Network Processor，网络处理器)等；还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本申请实施例中所介绍的计算机250的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，计算机250也可以具有其他组件和结构。

在前述实施例中介绍到，测试装置200的有些组件可以放置在恒温箱中，作为一个实施方式，除了气体源、计算机250以及真空泵，其他部分都可以放置在恒温箱中。当然，如果其中的阀门采用手动阀门，则对应的阀门不放置在恒温箱中。

结合前述实施例所介绍的实施方式，接下来请参照图3，为本申请实施例提供的测试装置200在实际应用时的一种可选的实施方式，在图3中，测试装置200包括：气瓶241、计算机250、真空泵231、第二阀门242、第二压力表243、参考杯244、第三阀门245、排气阀232、岩芯夹持器211、待测试岩芯260、第一压力表221以及第一阀门222、增压泵223。

其中，第二阀门242、第二压力表243、参考杯244、第三阀门245、排气阀232、岩芯夹持器211、待测试岩芯260、第一压力表221以及第一阀门222、增压泵223，均放置在恒温箱中。

气瓶241与第二阀门242连接，第二阀门242与第二压力表243连接，第二压力表243设置在气瓶241与参考杯244之间，参考杯244与待测试岩芯260之间设置第三阀门245。增压泵223与待测试岩芯260连接，两者之间设置有第一阀门222以及第一压力表221。真空泵231与待测试岩芯260连接，两者之间设置排气阀232。计算机250与第一阀门222，第二阀门242，第三阀门245，第一压力表221，第二压力表243均可以连接。

对应的，基于图3所示的结构，对应的测试方法的流程包括：

首先，将待测试岩芯260放入岩芯夹持器211中，打开第一阀门222，通过增压泵223将待测试岩芯260的周围压力控制到目标压力(通过第一压力表监测)。

然后，关闭第一阀门222，打开排气阀232和第三阀门245，通过真空泵231抽真空超过10个小时，抽出待测试岩芯260内部的吸附气体和自由气体。

紧接着，关闭排气阀232和第三阀门245，关闭真空泵231，打开第二阀门242，使一定压力(通过第二压力表243监测)的测试气体进入已知体积的参考杯244中，关闭第二阀门242。

然后，打开第三阀门245，使参考杯244中的测试气体进入已加载压力的待测试岩芯260中；系统的压力衰减(通过第二压力表243采集数据)通过计算机250记录。

最后，压力不再衰减后停止数据采集，打开排气阀232，取出待测试岩芯260。

通过上述流程的实施，可以获取到压力随时间的变化关系，此时可以结合前述实施例中所介绍的公式对渗透率进行结算。

具体的计算公式为：

其中，L代表待测试岩芯260的长度，可以在测试之前，对待测试岩芯260进行长度测量获得，其度量单位可以是m等。

φ为待测试岩芯260的孔隙度，也可以在测试之前，对待测试岩芯260进行测量得到，或者，对于待测试岩芯260来说，该参数是已知的参数。

K

μ为测试气体的动力学黏度，为测试气体已知的参数，度量单位可以为：Pa·S

c

α

进一步地，参考杯244中最终被吸收的测试气体质量与待测试岩芯260已经吸收的测试气体的质量之比假设为F：

最终，依据公式：lnF＝f

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。