本實用新型涉及致密油氣儲層物性測量與評價領(lǐng)域，特別是一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁巖滲透率測試裝置。

背景技術(shù)：

上個世紀50、60年代，美國和前蘇聯(lián)率先開展了使用超聲波技術(shù)提高油氣儲層滲透率的研究，并且證明了超聲波能夠促進油氣滲流。此后，國內(nèi)外一些學(xué)者先后對超聲波作用下的多孔介質(zhì)滲流行為進行了細致研究，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，隨著美國頁巖氣的開采取得了巨大成功，頁巖氣這種非常規(guī)油氣資源在全球范圍內(nèi)受到了極大的關(guān)注。頁巖儲層由于其滲透率極低，開采過程中通常需要進行大規(guī)模的水力壓裂來提高頁巖氣的采收率。水力壓裂技術(shù)在成功提高頁巖氣產(chǎn)量的同時也帶來了一些風(fēng)險，如環(huán)境污染和能量消耗等。超聲波作為一種低能量消耗、無污染的技術(shù)，若能成功應(yīng)用在頁巖氣等致密油氣藏開采中，將對我國資源開發(fā)有重要意義。

頁巖儲層巖性致密，頁巖基塊以納米級孔隙為主，其滲透率通常小于0.01mD。目前，實驗室在超聲波作用下進行頁巖滲透率測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、耗時極長，并且測試巖樣會有損壞的風(fēng)險。與之相比，使用壓力脈沖法對頁巖進行滲透率測試不僅要求的壓差小，而且測試時間短，更加適合進行頁巖等致密巖石的滲透率測試，然而尚且沒有關(guān)于使用液體壓力脈沖來測試超聲波作用下的頁巖滲透率的實驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型解決現(xiàn)有壓力脈沖實驗裝置不能進行超聲波作用下頁巖巖心的滲透率測試，提供一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁巖滲透率測試裝置。

本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種超聲波作用下基于液體壓力脈沖的頁巖滲透率測試裝置，它包括恒壓恒流泵、真空泵、巖心夾持器、上游標準室和下游標準室，所述的上游標準室與巖心夾持器的進液端連通，下游標準室與巖心夾持器的出液端連通，上游標準室與巖心夾持器進液端之間的節(jié)點與下游標準室與巖心夾持器出液端的節(jié)點之間連接有平衡控制閥，上游標準室和下游標準室上均連接有壓力傳感器，下游標準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準室之間順次連接有中間容器和巖心夾持器進液口控制閥，中間容器與排液閥連通，恒壓恒流泵的排水口到上游標準室之間順次連接有恒壓恒流泵控制閥、上游標準室進液口控制閥；所述的真空泵與上游標準室進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、上游標準室、巖心夾持器和下游標準室構(gòu)成一個閉合回路。

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。

本實用新型具有以下優(yōu)點：(1)本實用新型實現(xiàn)了超聲波作用下頁巖滲流特性評價，實驗儀器操作簡便，實驗所需壓差小、測試時間短。(2)測試工作液可循環(huán)利用，有助于研究超聲波對頁巖儲層滲流特性的影響，具有一定的推廣前景。(3)本實用新型實現(xiàn)了超聲波作用下快速測定頁巖滲透率實驗，模擬了不同超聲波功率作用下頁巖滲透率變化過程；觀測標準鹽水通過待測巖心的脈沖衰減曲線的差異，利用液體壓力脈沖模型計算巖心液測滲透率，實現(xiàn)了超聲波對頁巖滲流特性影響程度的評價。(4)本實用新型有助于完善超聲波對頁巖滲流特性影響機理的研究。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為超聲波作用前后測試巖心兩端壓差Δp隨時間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-上游標準室進液口控制閥，6-上游標準室，7-測試巖心，8-中間容器，9-巖心夾持器進液口控制閥，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-下游標準室，16-排液閥，17-壓力傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述，本實用新型的保護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巖滲透率測試裝置，它包括恒壓恒流泵1、真空泵2、巖心夾持器11、上游標準室6和下游標準室15，所述的上游標準室6與巖心夾持器11的進液端連通，下游標準室15與巖心夾持器11的出液端連通，上游標準室6與巖心夾持器11進液端之間的節(jié)點與下游標準室15與巖心夾持器11出液端的節(jié)點之間連接有平衡控制閥12，上游標準室6和下游標準室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，下游標準室15上還連接有排液閥16；所述的恒壓恒流泵1的吸水口到上游標準室6之間順次連接有中間容器8和巖心夾持器進液口控制閥9，中間容器8與排液閥16連通，恒壓恒流泵1的排水口到上游標準室6之間順次連接有恒壓恒流泵控制閥3、上游標準室進液口控制閥5；所述的真空泵2與上游標準室進液口控制閥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、上游標準室6、巖心夾持器11和下游標準室15構(gòu)成一個閉合回路。

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，真空泵2對上游標準室6、巖心夾持器11和下游標準室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，中間容器8內(nèi)的流體通過恒壓恒流泵1泵入上游標準室6、巖心夾持器11和下游標準室15，并通過排液閥16返回到中間容器8，進而完成在有超聲波和沒有超聲波作用下的頁巖滲透率測試。

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

S1、取測試巖心7，在57～60℃下烘干8h，測試巖心7的直徑為25.0±0.2mm，長度L為50.0±0.2mm；

S2、將測試巖心7裝入巖心夾持器11內(nèi)，關(guān)閉巖心夾持器進液口控制閥9，并通入標準鹽水標定上游標準室6的容水度C₁，標準鹽水為3％KCl溶液；

S3、打開上游標準室進液口控制閥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，通過圍壓泵14向測試巖心7施加8～10MPa的圍壓，隨后打開真空泵控制閥4并啟動真空泵2，通過真空泵2對測試巖心7、上游標準室6和下游標準室15抽真空，抽真空時間為12h；

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

S5、打開平衡控制閥12，上游標準室6和下游標準室15相互連通，保證上游標準室6和下游標準室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)上為上游標準室6增加一個5～10％平衡壓力值的脈沖壓力，在壓差作用下標準鹽水通過測試巖心7流入下游標準室15，關(guān)閉上游標準室進液口控制閥5，通過連接在上游標準室6和下游標準室15的壓力傳感器17分別檢測上游標準室6和下游標準室15內(nèi)標準鹽水壓力隨時間的變化，并每隔10s計算出上游標準室6和下游標準室15的壓差Δp隨時間t的變化；

S7、根據(jù)以下式計算超聲波處理前的測試巖心基準滲透率k₁：

其中：μ為標準鹽水粘度，mPa·s；L為測試巖心長度，mm；A為測試巖心橫截面積，mm²；C₁為上游標準室的容水度，cm³/MPa；t為測試時間，s；Δp(0)為初始時刻上游標準室和下游標準室的壓差，MPa；Δp(t)為t時刻上游標準室和下游標準室的壓差，MPa；

其中上游標準室的容水度C₁的計算公式為：

其中V₁為上游標準室容水體積，cm³；p₁為上游標準室的壓力，MPa；

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

其中：Δp(0)為超聲波作用下的初始時刻上游標準室和下游標準室的壓差，MPa；Δp(t)為超聲波作用下t時刻上游標準室和下游標準室的壓差，MPa；

S9、如圖2所示，制作出測試巖心7在超聲波作用前后上游標準室6和下游標準室15的壓差Δp和時間t的關(guān)系曲線。

因此通過本裝置和測試方法實現(xiàn)了超聲波作用下快速測定頁巖滲透率實驗，模擬了不同超聲波功率作用下頁巖滲透率變化過程；觀測標準鹽水通過待測巖心的脈沖衰減曲線的差異，利用液體壓力脈沖模型計算巖心液測滲透率，實現(xiàn)了超聲波對頁巖滲流特性影響程度的評價。

在步驟S1中采用直徑測試巖心為直徑25mm，長度L為50mm的巖樣，巖樣長度L和橫截面積A分別為49.6mm和482.8mm²；在步驟S2中采用上游標準室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)上為上游標準室6增加一個800KPa的脈沖壓力，根據(jù)公式(1)和(2)分別計算超聲波作用前后巖樣滲透率為k₁＝0.00521mD，k₂＝0.00566mD。

對本實用新型應(yīng)當(dāng)理解的是，以上所述的實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細的說明，以上僅為本實用新型的實施例而已，并不用于限定本實用新型，凡是在實用新型的精神原則之內(nèi)，所作出的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍內(nèi)，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準。