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您所在的位置：首頁>技術(shù)資料>巖心分析-非穩(wěn)態(tài)滲透率測定的理論和應(yīng)用-SY-T 5336-2006
高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、精確的壓力傳感器以及數(shù)字計算機的出現(xiàn)不僅可以而且方便地在瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)流條件下測定滲透率。瞬態(tài)測定利用體積固定的氣罐或液罐。這些容器可以安裝在樣品的上流，使氣體或液體注入待測巖樣;也可以安裝在下流，液體由巖樣流出進入容器，或者分別安裝在上下兩個位置。當液流流出上流容器時，該容器的壓力隨時間減小。同樣，當液流進入下流容器時，該容器的壓力隨時間逐漸增大。由容器體積和壓力的瞬時變化可以計算出瞬時流速，因此免去了流速測量設(shè)備的需要。
當液體膨脹時以消耗內(nèi)能的方式使液體流動，這可由溫度降低來觀察。同樣，當液體壓縮時，在液體上做功，其溫度增加。因為瞬時流速是由壓力的瞬時變化計算的，所以要保持等溫條件，或測量出瞬時溫度，并采用適當?shù)臄?shù)學方程處理。此處提出的方程假設(shè)為等溫條件。
氣體的瞬時壓力技術(shù)
氣體的熱容低，與溫度變化有關(guān)的影響可以通過用高熱導材料制造容器和用與流動軸向平行的銅管包裹容器來消除。而且，當產(chǎn)生高流速時(高滲透率巖樣)可選擇使用氦氣來消除溫度影響，因為氦氣的熱擴散系數(shù)比空氣和氮氣高的多。
持續(xù)長時間測定低滲透率巖樣時，由于環(huán)境溫度變化及氣體通過巖樣流動時的焦耳一湯姆森(Joule-Thomson)膨脹，可能引起其他熱問題，所以用極好的隔熱材料并改善環(huán)境溫度控制和減少測定時間使環(huán)境溫度變化的影響減少。焦耳一湯姆森膨脹最好用氦氣處理，除烴氣外，不像其他氣體，膨脹時溫度增加(環(huán)境條件下)。這種溫度的增加有可能抵消與冷卻有關(guān)的工作。
實驗室測定滲透率給出了兩類主要的瞬態(tài)壓力方法。一類稱為“脈沖衰減”法。其特點是用上流和下流容器，其中一個容器(或兩個容器)的體積相當小。容器和巖樣都充人氣體達到足夠高的壓力7MPa~14MPa(1000 psig~2000psig)以減少氣體滑脫效應(yīng)和壓縮率。整個系統(tǒng)的壓力達到平衡后，增加上流容器的壓力(一般為初始壓力的2%~3%)產(chǎn)生通過巖樣流動的壓力脈沖。這種方法
非常適合于測定滲透率在0.1mD~0.01uD的低滲透率巖樣。小壓差和低滲透率實際上消除了慣性流動阻力。本標準只討論“滯后時間”法。這些方法得出的所有滲透率值與穩(wěn)態(tài)法所測值差不多。而“初始”瞬態(tài)提供了有關(guān)巖樣非均質(zhì)的信息，這已超出了本標準涉及的范圍。
另一個方法稱為“壓力降落”法。其特點是只有上流容器，巖樣的下流端向大氣敞開。采用的上流壓力相當0.069MPa~1.72MPa(10 psig~250psig)，上流壓力由所測巖心滲透率決定。在每一個不同的流速和平均孔隙壓力下，一次壓力降落得出的數(shù)據(jù)可以計算6~30個滲透率值。在一次瞬態(tài)試驗過程中，流動條件的適當變化可以計算滑脫校準(Klinkenberg)滲透率k，克氏(Klinkenbergh)滑脫系數(shù)b和孔隙介質(zhì)的慣性阻力β。該方法可用于測定滲透率的范圍為0.001mD~30000mD(通過使用多功能上流氣罐和壓力傳感器)，它是對“脈沖衰減”法的補充。對于高滲透率巖樣(滲透率大于1000mD)，其b值很小，當巖樣暴露在大氣壓力下時很難準確測定值，此時由相關(guān)關(guān)系的近似值更為可靠。
除了流動系統(tǒng)之間的物理上的差別之外，“脈沖衰減法”和“壓力降落法”的流動方程的推導完全不同。前者，同時解出達西方程和連續(xù)方程(質(zhì)量守恒的另一種提法)。而壓力降落法中滑脫校準的Forchheimer 方程的穩(wěn)態(tài)解用作一初始點。嚴格地說，不考慮個別瞬間質(zhì)量流量沿巖樣長度距離而增加(非穩(wěn)態(tài)流)，對該解進行微分，然后代入連續(xù)方程，提供對最終流動方程校準(或改進)的積分。重復迭代這一過程直到滿足Forchheimer 方程和連續(xù)方程。
穩(wěn)態(tài)法和壓力降落法之間的偏差取決于巖樣孔隙體積與上流氣罐體積的比值。當該比值很小時，穩(wěn)態(tài)解幾乎是精確的。隨比值增大(PV較大，或氣罐體積較小)，用于穩(wěn)態(tài)解的校準也必須逐漸增大。
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