巖心孔隙度測量裝置及測量方法與流程

2023-11-04 09:42:52

本發明涉及一種巖心孔隙度測量裝置及測量方法，尤其涉及一種測量氣先進入樣品室後再分壓進入參比室的巖心孔隙度測量裝置及測量方法。

背景技術：

現行的國內外主流的巖心孔隙度測量方法，主要採用石油天然氣行業標準SY/T 5336-2006《巖心分析方法》（即API RP 40：1998，Recommended Practices for Core Analysis，IDT的中文引進版）中的，5.3.2.1.1 波義爾定律雙室法（巖樣杯）測定顆粒體積和5.2.3 卡尺測量法來測定規則巖心的視體積，視體積減去顆粒體積的差除以視體積，即為孔隙度。

在理論上，上述方法可以測定任意尺寸、任意孔隙度的規則巖心樣品；但是在實際應用中，必須考慮到：

使用波義爾雙室法測定顆粒體積的過程中，實際的氣體壓力轉換為壓力傳感器的電信號，並最終傳輸轉換為的數字顯示錶的示數，在一系列轉換的過程中存在誤差；

壓力表的顯示位數有限，即壓力測量系統的解析度有限；

如SY/T 5336-2006 5.3.2.1.1.8 f所述，樣品室放入巖心及填充塊之後，除巖心的孔隙之外，樣品室及管線內還存在系統空餘體積；

如SY/T 5336-2006 5.3.2.1.1.8 g所述，孔隙體積應與參比室體積接近，但當孔隙體積很小時，參比室體積難以做到與孔隙體積近似；

利用波義爾定律雙室法測量巖心孔隙度的本質，即測量由巖心孔隙體積造成的壓力變化，孔隙體積越大則由其造成的壓力變化越大；在孔隙體積相對參比室越小時，壓力變化則越小，誤差相對壓力變化越大，對測量結果影響越大。

綜上，SY/T 5336-2006推薦的波義爾定律雙室法（巖樣杯）測定顆粒體積，在測定低孔隙度樣品如頁巖（孔隙度常在0～2%）時，測量結果誤差較大，影響了後續測試和研究。

技術實現要素：

本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供一種在測定低孔隙度樣品如頁巖時仍具有高精度測量結果的巖心孔隙度測量裝置及測量方法。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種巖心孔隙度測量裝置，包括氦氣瓶、減壓閥、樣品室、參比室、壓力傳感器和數字顯示錶，還包括第一閥門、第二閥門和第三閥門，所述氦氣瓶的出口與所述減壓閥的入口連接，所述減壓閥的出口與所述第一閥門的第一端連接，所述第一閥門的第二端分別與所述第二閥門的第一端、所述樣品室的入口和所述壓力傳感器的檢測端連接，所述第二閥門的第二端分別與所述第三閥門的第一端和所述參比室的入口連接，所述第三閥門的第二端懸空，所述壓力傳感器的信號輸出端與所述數字顯示錶的信號輸入端連接。

一種如權利要求1所述的巖心孔隙度測量裝置採用的測量方法，包括以下步驟：

（1） 校準，具體包括以下步驟：

（1.1） 通過調節減壓閥使氦氣進氣壓力接近壓力傳感器的量程上限；

（1.2） 打開第二閥門和第三閥門，約30秒後關閉，記錄數字顯示錶的穩定示數，記為Pa1；

（1.3） 空置樣品室，打開第一閥門，約30秒後關閉第一閥門，記錄數字顯示錶的穩定示數，記為P1；

（1.4） 打開第二閥門，記錄數字顯示錶的穩定示數，記為P2，打開第三閥門放空後關閉；

（1.5） 將樣品室裝入儘可能多的標準不鏽鋼填充塊，填充塊總體積記為Vf0；

（1.6） 打開第一閥門，約30秒後關閉第一閥門，記錄數字顯示錶的穩定示數，記為P3；

（1.7） 打開第二閥門，記錄數字顯示錶的穩定示數，記為P4，打開第三閥門放空後關閉；

（1.8） 聯立如下方程：

得到參比室體積Vr和樣品室體積Vc，其中Za1、Z1、Z2、Z3、Z4分別為溫度為Ta時對應壓力Pa1、P1、P2、P3、P4下氦氣的氣體壓縮因子；測量過程中保持環境條件恆定，環境溫度記為Ta，且假設所有壓力讀數時系統內氣體溫度為Ta；

（1.9） 調整樣品室內填充塊體積後重複步驟（1.5）至（1.8），反覆多次完成校準；

（2） 測量，具體包括以下步驟：

（2.1）將視體積為Vs的巖心放入樣品室，並裝入儘可能多的標準不鏽鋼填充塊，填充塊總體積記為Vf1；

（2.2）打開第二閥門和第三閥門，約30秒後關閉，記錄數字顯示錶的穩定示數，記為Pa2；

（2.3）打開第一閥門，約30秒後關閉第一閥門，記錄數字顯示錶的穩定示數，記為P5；

（2.4）打開第二閥門，記錄數字顯示錶的穩定示數，記為P6，打開第三閥門放空後關閉；

（2.5）聯立如下方程：

%

得到巖心孔隙度ɸ，其中Za2、Z5、Z6為溫度為Ta時對應壓力Pa2、P5、P6下氦氣的氣體壓縮因子，Vg為樣品的顆粒體積，Vp為樣品的孔隙體積。

上述測量裝置和測量方法是相互對應的，本發明所述測量裝置與傳統的測量裝置在氦氣瓶與參比室和樣品室的連接結構上形成了差異，這種結構差異從形式上看比較小，但卻形成了實質變化，該變化導致本發明所述測量方法能夠得以順利實施。

本發明的有益效果在於：

本發明通過將高壓測量氦氣首先引進樣品室，再分壓至參比室，相對於傳統的行業標準方法顯著增大了分壓前後壓力變化，且壓力變化隨巖心孔隙體積減小而增大，在同等設備條件下，採用本發明的測量裝置和測量方法能夠更精確地測量巖心樣品尤其是低孔隙度樣品的孔隙度。

附圖說明

圖1是本發明所述巖心孔隙度測量裝置的結構示意圖；

圖2是本發明所述巖心孔隙度測量裝置應用時的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

如圖1所示，本發明所述巖心孔隙度測量裝置包括氦氣瓶1、減壓閥9、樣品室3、參比室2、壓力傳感器4、數字顯示錶5、第一閥門8、第二閥門7和第三閥門6，氦氣瓶1的出口減壓閥9的入口連接，減壓閥9的出口與第一閥門8的第一端連接，第一閥門8的第二端分別與第二閥門7的第一端、樣品室3的入口和壓力傳感器4的檢測端連接，第二閥門7的第二端分別與第三閥門6的第一端和參比室2的入口連接，第三閥門6的第二端懸空，作為排空端，壓力傳感器4的信號輸出端與數字顯示錶5的信號輸入端連接。上述結構中，壓力傳感器4測量絕對壓力，數字顯示錶5至少能顯示所有有效數字加1位符號位，如測量值應含3位可靠數字和1位存疑數字，則數字顯示錶5應至少顯示5位；第一閥門8、第二閥門7和第三閥門6的驅替體積均為0。

如圖2所示，本發明所述巖心孔隙度測量裝置採用的測量方法，包括以下步驟：

（1） 校準，具體包括以下步驟：

（1.1） 通過調節減壓閥9使氦氣進氣壓力接近壓力傳感器4的量程上限；

（1.2） 打開第二閥門7和第三閥門6，約30秒後關閉，記錄數字顯示錶5的穩定示數，記為Pa1；

（1.3） 空置樣品室3，打開第一閥門8，約30秒後關閉第一閥門8，記錄數字顯示錶5的穩定示數，記為P1；

（1.4） 打開第二閥門7，記錄數字顯示錶5的穩定示數，記為P2，打開第三閥門6放空後關閉；

（1.5） 將樣品室3裝入儘可能多的標準不鏽鋼填充塊，填充塊總體積記為Vf0；

（1.6） 打開第一閥門8，約30秒後關閉第一閥門8，記錄數字顯示錶5的穩定示數，記為P3；

（1.7） 打開第二閥門7，記錄數字顯示錶5的穩定示數，記為P4，打開第三閥門6放空後關閉；

（1.8） 聯立如下方程：

得到參比室體積Vr和樣品室體積Vc，其中Za1、Z1、Z2、Z3、Z4分別為溫度為Ta時對應壓力Pa1、P1、P2、P3、P4下氦氣的氣體壓縮因子；測量過程中保持環境條件恆定，環境溫度記為Ta，且假設所有壓力讀數時系統內氣體溫度為Ta；

（1.9）調整樣品室3內填充塊體積後重複步驟（1.5）至（1.8），反覆多次完成校準；

（2）測量，具體包括以下步驟：

（2.1）將視體積為Vs的巖心放入樣品室3，並裝入儘可能多的標準不鏽鋼填充塊，填充塊總體積記為Vf1；

（2.2）打開第二閥門7和第三閥門6，約30秒後關閉，記錄數字顯示錶5的穩定示數，記為Pa2；

（2.3）打開第一閥門8，約30秒後關閉第一閥門8，記錄數字顯示錶5的穩定示數，記為P5；

（2.4）打開第二閥門7，記錄數字顯示錶5的穩定示數，記為P6，打開第三閥門6放空後關閉；

（2.5）聯立如下方程：

%

得到巖心孔隙度ɸ，其中Za2、Z5、Z6為溫度為Ta時對應壓力Pa2、P5、P6下氦氣的氣體壓縮因子，Vg為樣品的顆粒體積，Vp為樣品的孔隙體積。

本方法的精髓在於，進氣的體積是與孔隙體積隨動的，孔隙體積大則進氣多分壓後壓力變化相對小，孔隙體積小則進氣少分壓後壓力變化相對大；傳統方法進氣的體積是參比室體積，孔隙體積大分壓後壓力變化大，孔隙體積小分壓後壓力變化小。

上述實施例只是本發明的較佳實施例，並不是對本發明技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本發明專利的權利保護範圍內。