一種巖樣處理用成型杯及巖樣體積測定方法
2023-05-02 07:58:36 1
專利名稱：一種巖樣處理用成型杯及巖樣體積測定方法
技術領域：
本發明涉及油氣地質勘探開發領域，進一步地說，是涉及一種巖樣處理用成型杯及巖樣體積測定方法。
背景技術：
在油氣地質實驗室，巖樣孔隙度測定過程中，通常需要獲得(測定或計算)巖樣總體積、巖樣實體體積、孔隙體積這三個參數中的兩個，按孔隙度定義計算巖樣孔隙度。其中巖樣實體體積是經常測定的一個重要參數。巖樣實體體積的測定一般用氣體法，這種方法已應用多年，有很多成功的經驗。氣體法測定實體體積的儀器組成、工作原理、測定過程如下(I)儀器組成儀器由氣源、標準室、樣品室、標準室與樣品室連接管線及閥門、氣體壓力傳感器、標塊以及用於數據採集和處理的計算機等組成；其中氣源為測試提供壓力不小於0. 5Mpa的氣體；標準室是一個體積固定的密閉性腔體；樣品室是一個體積固定的圓柱狀腔體，樣品室內徑25mm左右,樣品室深度40mm左右,用於放置圓柱狀巖樣,頂部有蓋子,用於樣品室的密封，也方便巖樣放入和取出；標準室和樣品室由氣體管線連結，管線上有閥門和氣體壓力傳感器(或壓力表)，氣體壓力傳感器用於測定氣體壓力；標塊是一組體積(厚度)大小不等的圓柱形鋼塊，直徑略小於樣品室的內徑，方便在樣品室放入和取出；計算機用於壓力數據的採集以及巖樣實體體積的計算等。(2)工作原理與測試過程根據波義耳定律，當 標準室內具有一定壓力(P1)的氣體，在溫度不變的情況下，經管線擴散到樣品室時，氣體壓力會下降，直至平衡，此時的壓力稱為平衡壓力(P2)。此時，下列公式成立P1^V1 = P2* (V^V1)------------------------------------------------(I)其中，V1 :標準室和標準室到閥門之間的管線體積之和；V2 :樣品室和樣品室到閥門之間的管線體積之和；當將巖樣放置到樣品室中，下列公式成立P1^V1 = P2* (V^V2-V3)------------------------------------------(2)其中，V3 :巖樣的實體體積；由於V1、V2是固定的已知的，因此，只要固定P1，測定P2,就可以計算出巖樣的實體體積v3。V3 = (Pa^+P^V1-P^Vi) /P2=VjV1-Pi^yP2-----------------------------------------(3)由公式(3)可以看出，巖樣實體體積的測定值，在工作條件一定的情況下，取決於平衡壓力P2的大小，平衡壓力P2的測定精度直接影響巖樣實體體積的測定精度。
以體積大小不同的標塊組合進行實體體積測定時，會得到實體體積與平衡壓力的關係曲線(圖1)，實體體積測定值與平衡壓力為正相關關係，平衡壓力越大，巖樣實體體積越大，平衡壓力越小，反映實體體積也越小。從關係曲線可以看出，在平衡壓力較小處，較小的壓力變化量，會引起較大的實體體積變化，這對壓力傳感器的精度要求很高，達不到相應的精度，會導致測定誤差。在樣品測試過程中，由於樣品大小不一，往往向樣品室中，添加大小不一的標塊，以儘可能填滿樣品室，以避免平衡壓力過小，使其處於平衡壓力與實體體積線性關係較好的範圍內，來保證實體體積的測定精度。隨著油氣勘探和開發工作的不斷深入，孔隙度測定的對象發生了很大的變化。由較為單一的儲層樣品，擴展到了生油層、蓋層樣品。巖性也變得多樣化，除常見的砂巖、泥質砂巖、灰巖、白雲巖、火成巖等，擴展到了泥巖、頁巖、泥頁巖、膏巖等。使得巖樣實體體積測定多樣化、複雜化，原有方法、工作方式和流程，已不能滿足工作的需要。(I)獲取規則形狀(圓柱狀)巖樣樣品的難度加大，獲得的巖樣形狀不規則，薄板狀和長條狀的巖樣佔很大比例。(2)有時受樣品總量的限制，取得的巖樣尺寸小，外觀呈不規則球狀等。這些巖樣放置到樣品室之後，一種情況是難以再放置標塊，導致樣品室中剩餘的空間大；另一種情況是即使可以放入少量標塊，但由於形狀為圓球狀等不規則形狀，樣品室中的剩餘空間仍然較大。在這兩種情況下，在用氣體法進行實體體積測定過程中，平衡壓力很小，常常會超出平衡壓力與實體體積線性關係較好的範圍(甚至超出壓力傳感器的線性範圍，導致平衡壓力測定精度降低)，致使巖樣實體體積測定精度下降。
發明內容
為解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種巖樣處理用成型杯及巖樣體積測定方法。針對不規則巖樣可以實現精確測定巖樣體積，設備方法簡單，準確度高。本發明的目的之一是提供一種巖樣處理用成型杯。所述成型杯包括杯體、底墊片、外部柱形圓片、支撐杆和彈片，所述杯體為圓柱型，底墊片為薄的圓柱型，置於杯體內底部，底墊片直徑與杯體內徑相當；所述杯體底部中央設置有底孔；所述外部柱形圓片設置於杯體外下部，外部柱形圓片上設置一垂直支撐杆，該支撐杆穿過底孔與底墊片可拆卸式固定連接；所述支撐杆與底墊片可拆卸式固定連接可採用現有技術中的各種可拆卸式固定連接方式，如卡銷式連接或是螺紋連接。當螺紋連接時，支撐杆為螺杆狀，底墊片底面設置有帶螺紋的孔，可使支撐杆旋入，從而固定。所述外部柱形圓片和杯底外壁之間設置有彈片，所述彈片為V形，V形底部為平面，並且底部平面上設置有通孔，V形頂部兩端向外水平延伸，所述支撐杆穿過彈片底部平面上的通孔，彈片的底部平面與外部柱形圓片固定連接，彈片的V形頂部兩端與杯底外壁相接觸。其中，所述彈片的底部平面與外部柱形圓片固定連接方式可採用現有技術中通常的固定連接，如螺釘連接、粘接、鉚釘連接等。所述杯體的內徑為025 士0.2mm;杯體的高度為40±5mm ;所述底孔直徑為5-6mm ;所述杯體的壁厚為4_6mm ;所述杯體的底部厚度為5_7mm ;所述外部柱形圓片的厚度為 4_5mm。所述杯體為耐高溫材料製成，優選採用耐高溫的聚四氟乙烯製成。具體技術方案如下一種巖樣處理用成型杯，由杯體、底墊片、外部柱形圓片、支撐杆、彈片部件組成，杯體底部有底孔。成型杯杯體內容積為025 (±0.2) *40 (±5) mm左右，與標準圓柱狀巖樣的大小相當，材質為耐100°C以上高溫的聚四氟乙烯等；為方便巖樣取出，成型杯附有底墊片和底孔，底墊片為薄的圓柱形，且與外部一個柱形圓片相連，直徑與標準圓柱狀巖樣的直徑相近，材質為具有一定強度的不鏽鋼等。與底墊片相連的外部柱形圓片的材質為具有一定強度的不鏽鋼等，通過底孔與底墊片以螺杆相連，其上部嵌有具一定強度和彈性的彈片，彈片的作用是使底墊片在正常狀態下貼緊成型杯的底部，在向外部柱形圓片施壓時，底墊片離開成型杯底部，頂出成型的巖樣。底孔居於成型杯杯體底部的中心。將形狀不規則或外形尺寸過小的巖樣與熱熔膠粉(或熱熔膠粒等)依次放置到成型杯中，以加熱的方式，使熱熔膠粉溶化並與巖樣粘接成為一體，粘接後取出巖樣與熱熔膠冷卻至室溫，即可得到外形已呈規則圓柱狀的巖樣與熱熔膠的結合體。從而為提高不規則巖樣實體體積的測定精度奠定基礎。本發明的目的之二是提供一種巖樣體積測定方法。包括將待巖樣和熱熔膠粉或膠粒置入所述成型杯杯體中，加熱，使膠粉或膠粒融化與巖樣粘接，形成規則的圓柱狀，用氣體法測定其體積，扣除熱熔膠體積計算得到巖樣的體積。具體地，(I)在巖樣烘乾的條件下，稱重，得到巖樣重量G1 ；(2)將巖樣放置到成型杯中，並添加一定量的熱熔膠粉(或膠粒)至覆蓋包裹巖樣；(3)將盛有巖樣和熱熔膠粉的成型杯加熱(如烘箱等)，使熱熔膠粉溶化、粘接巖樣，直至無氣泡溢出；(4)將成型杯取出，冷卻；(5)從成型杯中取出巖樣，此時巖樣與熱熔膠粉以粘接為一體，呈規則圓柱狀；(6)稱取巖樣粘接熱熔膠後的重量，G2 ；(7)計算熱熔膠的體積，V1 ；V1 = (G2-G1) /D，D為熱熔膠的比重，已知；(8)氣體法測定巖樣粘接熱熔膠後的體積，V2 ；(9)計算巖樣的實體體積，VV = V2-V1為順利脫出樣品，可在放入樣品和熱熔膠之前，在杯壁上塗抹少許矽脂，利用矽脂的導熱、耐溫、潤滑作用，保證樣品脫出。本發明通過採取將巖樣用熱熔膠粉粘接處理的方法，使巖樣外形規則化，提高巖樣實體體積測試精度。特別適用於泥巖、頁巖、泥頁巖和膏巖等外形不規則以及小尺寸巖樣的實體體積測定。
圖1體積和平衡壓力關係曲線2本發明所述的成型杯結構示意3本發明所述的成型杯剖面4彈片結構示意圖附圖標記說明1-杯體；2_底墊片;3_底孔；4_支撐杆；5_外部柱形圓片；6_彈片
具體實施例方式下面結合實施例，進一步說明本發明。實施例如圖2和圖3所示，一種巖樣處理用成型杯，包括杯體1、底墊片2、外部柱形圓片
5、支撐杆4、彈片6。所述杯體I為圓柱型，底墊片2為薄的圓柱型，置於杯體I內底部，底墊片2直徑與杯體I內徑相當；所述杯體I底部中央設置有底孔3 ；所述外部柱形圓片5設置於杯體I外下部，外部柱形圓片5上設置一垂直螺杆作為支撐杆4，底墊片2底面設置有帶螺紋的孔；該支撐杆4穿過底孔旋入底墊片2的螺紋孔中，形成可拆卸式固定連接。所述外部柱形圓片5和杯底外壁之間設置有彈片6，如圖4所示，所述彈片6為所述彈片6為V形，V形底部為平面，並且底部平面上設置有通孔，V形頂部兩端向外水平延伸，所述支撐杆4穿過彈片底部平面上的通孔，彈片6的底部平面的通孔兩側設置有兩個小孔用於以螺絲與外部柱形圓片5連接，彈片6的V形頂部兩端與杯底外壁相接觸。彈片6具有一定強度和彈性的，取樣時，向外部柱形圓片5施壓，通過支撐杆4傳導給底墊片2，底墊片2頂起巖樣並脫出。不施壓時底墊片2與杯體I底部貼緊所述杯體的內徑為25mm ;杯體的高度為40mm ;所述底孔直徑為5mm ;所述杯體的壁厚為4mm ;所述杯體的底部厚度為5mm ;所述外部柱形圓片的厚度為5mm。所述杯體的材料為耐100°C高溫的聚四氟乙烯。測定步驟如下將不規則形狀的泥巖樣品放置到烘箱中烘乾，烘乾後去除表面灰塵，冷卻至室溫，稱重，重量為12. 850g ；在杯壁塗抹少許矽脂，將巖樣和熱熔膠粉依次放入成型杯，使熱熔膠粉覆蓋包裹巖樣，而後將成型杯放入烘箱加熱，直至熱熔膠粉溶化，並無氣泡溢出；取出成型杯冷卻至室溫，此時巖樣與熱熔膠粘接為一體，通過彈片頂起底墊片，使巖樣被頂起以脫出；以QK-98型氣體孔隙度測定儀測定其實體體積為11. 025cm3，稱重為18. 383g，熱熔膠重量18. 383-12. 850 = 5. 533g，其密度為0. 9226，則其體積為5. 997cm3，巖樣實體體積為 11. 025-5. 997 = 5. 028cm3。
權利要求
1.一種巖樣處理用成型杯，其特徵在於 所述成型杯包括杯體、底墊片、外部柱形圓片、支撐杆和彈片， 所述杯體為圓柱型，底墊片為薄的圓柱型，置於杯體內底部，底墊片直徑與杯體內徑相當，所述杯體底部中央設置有底孔； 所述外部柱形圓片設置於杯體外下部，外部柱形圓片上設置一垂直支撐杆，該支撐杆穿過底孔與底墊片可拆卸式固定連接； 所述外部柱形圓片和杯底外壁之間設置有彈片，所述彈片為V形，V形底部為平面，並且底部平面上設置有通孔，V形頂部兩端向外水平延伸，所述支撐杆穿過彈片底部平面上的通孔，彈片的底部平面與外部柱形圓片固定連接，彈片的V形頂部兩端與杯底外壁相接觸。
2.如權利要求1所述的巖樣處理用成型杯，其特徵在於 所述杯體的內徑為025 ±0.2mm； 杯體的高度為40±5mm。
3.如權利要求1所述的巖樣處理用成型杯，其特徵在於 所述底孔直徑為5-6mm。
4.如權利要求1所述的巖樣處理用成型杯，其特徵在於 所述杯體的壁厚為4-6mm ;所述杯體的底部厚度為5_7mm。
5.如權利要求1所述的巖樣處理用成型杯，其特徵在於 所述外部柱形圓片的厚度為4-5_。
6.如權利要求1所述的巖樣處理用成型杯，其特徵在於 所述杯體為耐高溫材料製成。
7.如權利要求6所述的巖樣處理用成型杯，其特徵在於 所述杯體為耐高溫的聚四氟乙烯製成。
8.如權利要求1所述的巖樣處理用成型杯，其特徵在於 所述支撐杆與底墊片可拆卸式固定連接為卡銷式連接或是螺紋連接。
9.一種米用如權利要求1 8之一所述的巖樣處理用成型杯的巖樣體積測定方法,其特徵在於包括 將待巖樣和熱熔膠粉或膠粒置入所述成型杯杯體中，加熱，使膠粉或膠粒融化與巖樣粘接，形成規則的圓柱狀，用氣體法測定其體積，扣除熱熔膠體積計算得到巖樣的體積。
10.如權利要求9所述的巖樣體積測定方法，其特徵在於所述方法包括 (1)巖樣烘乾稱重，得到巖樣重量G1； (2)將巖樣放置到成型杯中，並添加熱熔膠粉或膠粒至覆蓋包裹巖樣； (3)將盛有巖樣和熱熔膠粉或膠粒的成型杯加熱，使熱熔膠粉或膠粒溶化、粘接巖樣，直至無氣泡溢出； (4)將成型杯取出，冷卻； (5)從成型杯中取出呈規則圓柱狀的巖樣和熱熔膠粉或膠粒的混合物，稱重G2； (6)計算熱熔膠的體積，V1= (G2-G1VD, D為熱熔膠的比重，氣體法測定巖樣粘接熱熔膠後的體積，V2 ;計算巖樣的體積，V = V2-Vp
全文摘要
本發明公開了一種巖樣處理用成型杯及巖樣體積測定方法。成型杯包括杯體、底墊片、外部柱形圓片、支撐杆和彈片，杯體為圓柱型，底墊片為薄的圓柱型，置於杯體內底部，底墊片直徑與杯體內徑相當；所述杯體底部中央設置有底孔；外部柱形圓片設置於杯體外下部，外部柱形圓片上設置一垂直支撐杆，該支撐杆穿過底孔與底墊片可拆卸式固定連接；外部柱形圓片和杯底外壁之間設置有彈片，彈片為V形。方法包括通過成型杯使不規則巖樣和熱熔膠製得規則圓柱狀，計算出體積，除去熱熔膠的體積，得出巖樣體積。本發明所述的成型杯及測定方法可以針對不規則巖樣可以實現精確測定巖樣體積，設備方法簡單，準確度高。
文檔編號G01N1/28GK103063485SQ20111031930
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者鮑雲傑 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院