多孔材料中關于流體流動參數的測量制造技術

本發明專利技術涉及一種方法，該方法將所要研究的材料樣本(2)放置在密封單元(1)中，使之上游表面(3)與第一空間(V0)連通，以及下游表面(4)與第二空間連通。調節第一空間內的壓力并測量第一空間和第二空間內各自壓力隨時間的變化。籍助于微分方程，將材料的固有滲透率、孔隙率及其克林肯伯格系數作為參數，數值分析所測量獲得的壓力變化，從而至少估算出材料的固有滲透率和克林肯伯格系數，并且有利于在同一實驗期間內估算出材料的孔隙率。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及多孔材料中關于流體相流動的物理性質的測量。
技術介紹
它尤其應用于具有小直徑孔隙排水通道的材料，即對流體的流動具有強大阻力的材料(與固有滲透率相反)。這種材料的示例包括但并不限制于來自致密氣儲層的巖石、潛在存儲地點的覆蓋層、防水裝置中使用的材料、復合材料等。流體通過位于代表性材料塊的多孔介質的流動，取決于下述三個固有物理特性 -它的流體(或固有)滲透率kI;以m2表示或通常以D表示(達西ID ^ O. 987Xl(T12m2)；-它的克林肯伯格(Klinkenberg)系數b,以Pa表示,適用于低滲透率介質和低壓氣體流；或者它的福希海默(Forchheimer)系數β，以m1表示，也稱之為慣性阻力因子，適用于會導致慣性效應的高流速；-它的孔隙率Φ，等于該材料中孔洞容積與其總容積的比率。目前，還沒有方法允許使用單個實驗來同時確定這三項參數。尤其是，孔隙率通過使用測比重的方法(使用氦、水銀等)或稱重量的方法與其它兩項參數分開測量。材料的滲透率可使用下述兩種方法中的一種通過測量獲得對穩定狀態或非穩定狀態的測量。例如，參見J. A Rushing等撰寫的《在致密氣砂巖中克林肯伯格校正滲透率測量法穩定狀態與非穩定狀態技術》(詳見J. A. Rushing et al, Klinkenberg-correctedpermeability measurements in tight gas sands Steady-state versusunsteady-state techniques，SPE89867 1-11,2004)0穩定狀態方法的缺點是為了獲得測量點需要相當長的時間才能達到穩定流動的狀態。直至達到這種穩定狀態的時間變化與匕成反比并與樣品厚度的平方成正比。對于非常低的滲透率，輕易地就需要幾個小時。固有滲透率h和克林肯伯格系數b的分別確定需要多個測量點，并因此需要獲得相同數量的穩定狀態，這就需要很長時間，使得此方法難以適用于低滲透率。此外，這一技術還需要測量流體的流速，而當滲透率很低時是很難測量的。在瞬時狀態下的測量能更好地克服這些缺點。典型的是，在非穩定狀態下的實驗包括記錄樣本的端點之間的壓差Λρα)的演變。樣本的各端都連接著一個對應的容器，并且其中之一初始便承受壓力脈沖，這一方法被稱為“脈沖衰減”。該方法的變型是下游容器具有無限容積(大氣)，被稱為“降壓(draw down) ”對AP(t)的解析導致能識別介質的滲透率。通常，此技術并不考慮克林肯伯格效應。在美國專利US2，867，116中，提出了一種近似法，用于實驗性地確定孔隙率、視滲透率(即，包括克林肯伯格效應)以及固有滲透率。在該文獻中，通過進行三次同一實驗，其中在初始壓力脈沖數值和樣本中的初始壓力之間保持恒定的比率，來近似確定kp b和Φ。第一次實驗通過記錄壓力脈沖減少至其初始數值的指定部分(例如55%)所需的時間來進行。第二次實驗與第一次實驗相同，只不過通過簡單地改變脈沖的壓力等級和樣本中的初始壓力使得兩者之差相同于第一次實驗中的壓力差來進行。再次記錄壓力脈沖減少至其初始數值的相同部分(55%)的時間。第三次實驗與前兩次實驗相同，只不過改變了用于產生壓力脈沖的容器的容積。使用列線圖并利用經驗線性特性，通過這三次實驗估計出kpb和Φ的數值。但難以估算出對這些近似數值的實際影響。此外，應當注意與該裝置以及將樣本置于不同壓力下所需的進行時間相關的實驗難度。S. E. Haskett等在“用于在低滲巖芯中同時確定滲透率和孔隙率的方法”(詳見Amethod for the simultaneous determination of permeability and porosity in lowpermeability cores，SPE 15379. 1-11，1988) —文提出了一種用于確定滲透率1^和孔隙率φ的方法，其中忽略克林肯伯格效應。該方法需要進行實驗直到上游和下游容積中的壓力相等。它基于測量上游和下游容積之間隨時間變化的壓差。這一配置對于參數確定來說既不是十分精確的也不是最優的。Y. Jannot等在“詳細分析經非穩定狀態脈沖衰減或降壓實驗估算得到的滲透率·和克林肯伯格系數”(詳見“A detailed analysis of permeability and Klinkenbergcoefficient estimation from unsteady-state pulse-decay or draw-downexperiments, Symp. Soc. Core Analysts, Calgary,10-13 September，5CA2007-08· 2007”)一文中，在沒有任何特定簡化假設的情況下重新檢驗了 “脈沖衰減”方法他們簡單地認為樣本構成固體基質(Matrix)，測量氣體的流動不會使其變形，而且氣體流動可以是稍微壓縮的、等溫的，以及遲緩的。在這種情況下，描述“脈沖衰減”實驗的一般情況的物理問題可表示為備!V+b)告其中 O < X < e 并且 t > 0(1) SxL Ζ0χ」k| St具有下述初始條件P (0.0) = P0i (2)P(x，0) = Pli 其中 X > 0(3)以及具有下述邊界條件f(0,t) = f(0,t)(4)_] ^f(e,t)="f(6,t) ⑶其中P是樣本中時間t和位置X處的壓力，X = O對應于樣本的上游表面,X = e對應于其下游表面，并且在t = O時施加壓力脈沖；S是樣本的橫截面積；e是樣本的長度；V0和V1分別是通過樣本所連通的上游容器(高壓)和下游容器(低壓)的容積，它們初始時(當t = O時)分別處于壓力Ptli和Pli ；μ是氣體的動力粘度(dynamic viscosity),假定為常數。在“降壓”配置下，第二邊界條件可由經典的狄氏(Dirichlet)邊界條件替代P(e，t) =P1 = Pli0這里假定樣本初始處于環境壓力下且這時它通常處于平衡狀態。在樣本上游且在隔離樣本與上游容器的閥門以及樣本的上游表面之間必定存在死區容積。希望它只具有非常小的容積Vtl (理想地接近于樣本的孔隙容積)，以便提高孔隙率Φ測量的靈敏度，但是精確地確定適用于條件(4)的數值會變得非常困難，即使假定該死區容積能精確獲知。因此，死區的存在會對匕和13的估算數值有顯著的影響。此外，當“脈沖衰減”實驗開始產生流體的擴張并進入到死區容積時打開閥門，這會導致可見熱量和流體動力學的干擾，而這些干擾非常難以精確地包含在某個模型中。上述方程式(I)至(5)并不包括這些熱量和流體動力學效應。孔隙率數值Φ中的誤差對于滲透率Ic1和克林肯伯格系數b的估算數值有相當大的影響。因此，如果將此數值提供為一個輸入參數的話，這兩個參數的良好估算需要精確地知道Φ。用于此目的的測比重技術既花費時間又僅僅只能獲得對固有孔隙率而并非有效孔隙率(存儲系數)的估算，這通常用于分析實際的材料。 為此，需要改進估算滲透率Ic1和克林肯伯格系數b (適合于低滲透率，對于高滲透率，可采用福希海默(Forchheimer)系數代替)的實驗方法。還希望能只在一項實驗中同時估算出孔隙本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：迪迪埃·拉瑟克斯，伊維斯·賈諾特，
申請(專利權)人：道達爾公司，國家科學研究中心，
類型：
國別省市：