專利名稱：一種低滲透巖樣滲透率測定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及地質(zhì)領(lǐng)域的一種巖心測定儀，具體而言，本實用新型涉及一種低滲透巖樣滲透率測定儀。
背景技術(shù)：
在地質(zhì)領(lǐng)域的穩(wěn)態(tài)法巖樣滲透率測定過程中，通常以達(dá)西定律為依據(jù)設(shè)計滲透率測定儀?，F(xiàn)有的測定儀主要包括氣源、壓力傳感器、巖樣室、流量計和計算機等，其中氣源為測定儀提供具有一定壓力的氣體，所提供的氣體一方面做為測量介質(zhì)，另一方面用于給巖樣的圍壓套施加圍壓，以保證巖樣與圍壓套貼緊，進而防止氣體從巖樣與圍壓套接觸處滲漏。測定儀通常具有兩個壓力傳感器，其分別安放在巖樣室的兩端，一個測定氣體入口壓力，另一個用于測定氣體出口壓力。巖樣室(也稱夾持器)用于放置巖樣，其內(nèi)部配有圍壓套。流量計安放在巖樣室的后端，用于測定氣體流經(jīng)巖樣后的流量(也稱氣體流量)。計算機用于壓力、流量等參數(shù)的檢測和滲透率的計算等。在氣體法(測量介質(zhì)為氣體)巖樣滲透率測定過程中，氣體流量是一個待測的重要參數(shù)。氣體流量計測定的精度和范圍，決定了滲透率測定儀的精度和滲透率測定的上限和下限。從自動化程度來講，當(dāng)前氣體流量的測定大體分為流量計法、人工皂沫(膜)法和計算
法二大類。流量計法:在待測巖樣的后端(測量介質(zhì)出口)氣路上，并聯(lián)連接一組量程大小不一的流量計，根據(jù)測量介質(zhì)流過巖樣后的流量大小，選擇一種流量計自動測定測量介質(zhì)的流量。人工皂沫(膜)法:在待測巖樣的后端(測量介質(zhì)出口)氣路上，根據(jù)測量介質(zhì)流過巖樣后的流量大小，選擇連接某一種規(guī)格的定量管，在定量管一端做一個皂沫(膜)，依據(jù)定量管上的刻度和皂沫(膜)流過一段刻度所用時間，計算測量介質(zhì)的流量。節(jié)流毛細(xì)管法:潘昊等(2003)公開了一種節(jié)流毛細(xì)管氣體流量自動測定裝置，其基礎(chǔ)是建立的節(jié)流毛細(xì)管壓力與流量回歸測試方法。裝置由節(jié)流毛細(xì)管、壓力傳感器、數(shù)字顯示器和微機組成。節(jié)流毛細(xì)管為一內(nèi)徑0.05-0.07_，長度40-70_不等的玻璃管。安裝在橡膠套筒(圍壓套)內(nèi)。其測試的過程和原理是:第一步，用皂沫流量法測量一批樣品，每個樣品都有一對壓力差和流量數(shù)據(jù)；第二步，同一批樣品用節(jié)流毛細(xì)管測試，數(shù)字顯示器上顯示壓力傳感器測得的壓力值，流量采用第一步測得結(jié)果，進一步可得節(jié)流毛細(xì)管條件下壓力與流量的對應(yīng)關(guān)系；第三步，建立壓力與流量的回歸曲線，并以標(biāo)樣進行校正。第四步，將校準(zhǔn)后的壓力與流量回歸曲線輸入計算機，編制相應(yīng)軟件，通過壓力與流量回歸曲線關(guān)系即可以計算一定壓差下的氣體流量。巖樣滲透率測定下限可達(dá)Ο.ΟΟΟΙΧΙΟΛιπι2。上述三類方法在以往的巖樣滲透率測定過程中發(fā)揮了重要作用，取得了良好效果。但隨著油氣勘探和開發(fā)工作的發(fā)展，滲透率測試對象和測試條件均發(fā)生了很大變化。一是滲透率低的頁巖、泥頁巖、泥巖、致密砂巖等巖樣的測試工作量越來越多，這些巖樣的巖性致密、滲透性差；二是覆壓條件下滲透率測試的需求也大量增加，在測試時，隨著覆壓的增加，巖樣的滲透性變差。這兩種情況下的氣體出口流量均很低，甚至接近0.0OOlml/min(滲透率0.00001X ΙΟΛιπι2)，現(xiàn)有的三類方法的缺陷在于:流量計法:現(xiàn)有的流量計檢測下限遠(yuǎn)高于0.0001ml/min,不能滿足上述微小氣體
流量測量的需要。人工皂沫(膜)法:一是在進行頁巖、泥頁巖、泥巖和致密砂巖等低滲透率巖樣測定時，皂沫(膜)移動達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)往往需要很長時間，工作效率低。二是這種方法對操作環(huán)境要求高，如，開關(guān)門窗都對皂沫(膜)移動有一定影響，容易產(chǎn)生測量誤差。三是在人工操作過程中，計時容易產(chǎn)生人為誤差。節(jié)流毛細(xì)管法:雖然其巖樣滲透率測定下限達(dá)0.0001X 10_3um2，但對某些更低滲透巖樣的滲透率仍難以測定。總之，以現(xiàn)有流量測定方法設(shè)計的滲透率測定儀，由于難以滿足微小氣體流量測量的需要，導(dǎo)致頁巖、泥頁巖、泥巖和致密砂巖等低滲透巖樣滲透率測定和覆壓條件下巖樣滲透率測定困難，非常需要一種低滲透巖樣滲透率測定儀。
實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的滲透率測定儀難以測定微小氣體流量，導(dǎo)致頁巖、泥頁巖、泥巖和致密砂巖等低滲透巖樣滲透率難以測定和在覆壓條件下巖樣滲透率難以測定的問題，本實用新型提供了一種低滲透巖樣滲透率測定儀，能夠測得低滲透巖樣的滲透率。本實用新型的一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其包括檢測氣源1、調(diào)壓閥2、一對壓力傳感器3和4、巖樣室5、定容積室7、氣體濃度檢測裝置8和中央控制單元9 ；所述檢測氣源I通過調(diào)壓閥2與所述巖樣室5相連，所述巖樣室的出口端與所述定容積室7的入口連接；所述氣體濃度檢測裝置8與所述定容積室7連接，用于探測所述定容積室7的氣體濃度；所述氣體濃度檢測裝置8的輸出端與所述的中央控制單元9連接；所述一對壓力傳感器3，4分別設(shè)置在所述的巖樣室5的入口處和定容積室7的出口處；且該對壓力傳感器3，4的輸出端分別與所述的中央控制單元9連接。所述測定儀還包括圍壓單元，所述圍壓單元包括圍壓氣源10和圍壓套；所述圍壓套設(shè)置所述的巖樣室5內(nèi)，待測巖樣6設(shè)置在所述的圍壓套內(nèi)；所述圍壓氣源10的輸出端與所述的巖樣室5連接。所述檢測氣源I內(nèi)的測量氣體介質(zhì)為氦氣或六氟化硫。所述定容積室7的一端與大氣相通且其容積固定；所述定容積室7的內(nèi)壁光滑。所述測定儀還包括大氣壓力表，所述大氣壓力表與所述中央控制單元連接；所述中央控制單元為處理芯片或計算機，用于接收傳感器信號，并分析計算輸出數(shù)據(jù)；所述氣體濃度檢測裝置8為SCHUTZ型紅外線氣體檢測儀、LLD-100型激光光聲光譜氣體檢測儀或MIC-500氦氣探測儀中的一種。進入所述巖樣室5的測量介質(zhì)的氣體壓力范圍在0.1-0.2Mpa ;所述圍壓套的施加的壓力為1.5MPa。在所述調(diào)壓閥2與巖樣室5之間設(shè)置有氣體干燥裝置，所述氣體干燥裝置為vitlab干燥管。其包括檢測氣源1、調(diào)壓閥2、壓力傳感器3、壓力傳感器4、巖樣室5和計算機9，所述巖樣室5的入口和出口分別設(shè)置有壓力傳感器3和壓力傳感器4，所述壓力傳感器3和壓力傳感器4均與計算機9相連，所述檢測氣源I與調(diào)壓閥2相連繼而與該巖樣室5入口設(shè)置的壓力傳感器3相連,所述巖樣室5另連有圍壓氣源10,該巖樣室5內(nèi)設(shè)有圍壓套,該圍壓套內(nèi)放置巖樣6，所述低滲透巖樣滲透率測定儀的特征在于:該巖樣室5出口設(shè)置的壓力傳感器4連有定容積室7，該定容積室7容積固定并與大氣相通，該定容積室7連有氣體濃度檢測裝置8，該氣體濃度檢測裝置8與計算機9相連。所述檢測氣源I為特殊氣體，作為測量介質(zhì)的特殊氣體可以為氦氣(在大氣中的含量為5ppm左右)或六氟化硫等，這些氣體性質(zhì)穩(wěn)定且易于檢測。所述氣體調(diào)壓閥2用于氣體壓力的調(diào)整。所述壓力傳感器3和壓力傳感器4用于檢測巖樣室5入口和出口的氣體壓力。所述巖樣室5,也稱為夾持器,用于放置巖樣6,并與圍壓氣源10連接。所述定容積室7安裝在氣路上巖樣室5之后，其內(nèi)壁光滑并與大氣相通，以使其與流過來的測量介質(zhì)混合，測定混合后測量介質(zhì)的濃度。如果不通大氣，定容積室7是密閉的，在密閉的情況下，隨著流過來的測量介質(zhì)越來越多，密閉空間的壓力會升高，不利于檢測。所述氣體濃度檢測裝置8，也可以為傳感器，用于檢測通過巖樣室5的測量介質(zhì)在定容積室中的濃度，所采用的氣體濃度檢測裝置8對測量介質(zhì)的檢測精度、檢測范圍滿足需要即可，比如，定容積室的容積為IOcm3時，要求氣體濃度檢測裝置的量程至少為O-lOOOppm，檢測精度不低于滿量程的2%。計算機9用于壓力數(shù)據(jù)采集、氣體濃度檢測數(shù)據(jù)處理以及流量、滲透率計算等，圍壓氣源10為高壓空氣，所述高壓空氣指經(jīng)過除水等處理的儲存在鋼瓶中的高壓空氣，通常具有l(wèi)_20Mpa左右的壓力，優(yōu)選具有15Mpa壓力的高壓空氣，上述空氣的壓力通過鋼瓶上的調(diào)壓裝置調(diào)節(jié)和控制，上述圍壓氣源10與巖樣室5連接，用于給巖樣室5的圍壓套施加壓力，通常需加1.5Mpa的壓力，使圍壓套包緊巖樣6的外壁，防止測量介質(zhì)在巖樣6與圍壓套之間發(fā)生滲漏。所述檢測氣源1，即測量介質(zhì)是影響測量結(jié)果的主要因素之一，這是由于從巖樣室5的出口流出的氣體流量非常小，難以用流量計測量，甚至難以觀測、難以發(fā)現(xiàn)。同時巖樣室5的出口與定容積室7相通，該定容積室7通大氣，而大氣中本身含有各種氣體。因此，測量介質(zhì)應(yīng)該選擇在大氣中含量極低且性質(zhì)穩(wěn)定的氣體，或者在大氣中不存在的氣體，才能保證在巖樣室5出口的測量介質(zhì)流量很小的情況下，仍能引起定容積室中測量介質(zhì)濃度的上升，從而容易觀測并計算其流量。因此本實用新型選用氦氣(在大氣中的含量為5ppm左右)或六氟化硫等，這些氣體本身性質(zhì)穩(wěn)定且易于檢測。本實用新型通過測定濃度而得出流量，通過以下公式將濃度和流量進行轉(zhuǎn)換:Q0 =ANXV/Λ T(I)其中，Q。為出口氣體流量，ml/s ；Δ N為定容積室氣體濃度的變化量，在本實用新型中，用ppm表示；V為定容積室的容積，cm3 ；Δ T為時間的變化量，S。公式(I)中Λ N為在時間T1時刻到T2時刻這段時間，即時間變化量Λ T內(nèi)，定容積室中測量介質(zhì)濃度的變化量，變化量Λ N=N2-N1，N1是T1時刻定容積室中測量介質(zhì)的濃度，N2是T2時刻定容積室中 測量介質(zhì)的濃度。！\、T2的確定是由計算機中的軟件完成的。繼而通過測量巖樣氣體進口壓力、出口壓力、大氣壓力、巖樣長度、截面積、氣體粘度數(shù)據(jù)，最后用滲透率計算公式計算得到巖樣的滲透率，滲透率的計算公式為:Ka=2P0Q0 μ L/ Δ PA(2Ρ0+ Δ ρ)(2)；其中，P0為大氣壓力，其單位是MPa ；Q0為出口氣體的流量，其單位是mL/s ；μ為氣體粘度，其單位是Pa.s ;L為所述巖樣的長度，其單位是cm;A為所述巖樣的斷面積，其單位是cm2 ；Δ ρ為巖樣兩端的壓力差，單位是MPa ；本實用新型的工作過程如下:將巖樣6放置到巖樣室5的圍壓套中，連接巖樣室5與定容積室7，打開圍壓氣源10，并向圍壓套施加1.5MPa的壓力。啟動氣體濃度檢測裝置8。調(diào)節(jié)測量介質(zhì)，即檢測氣源I的壓力，通常將其壓力調(diào)節(jié)至0.1-0.2Mpa以使其通過巖樣室5，進入定容積室7，使定容積室7中該測量介質(zhì)的濃度上升。在工作參數(shù)(作為測量介質(zhì)的氣體壓力、圍壓套上的壓力、管線長度和直徑等)一定的條件下，定容積室7中測量介質(zhì)在一定時間內(nèi)(Λ T，T2-T1)濃度上升的幅度(Λ N, Δ N=N2-N1)主要受該氣體在巖樣室5出口流量的影響和控制，出口流量越大，在一定時間內(nèi)(Λ LT2-T1),定容積室中測量介質(zhì)濃度升高的幅度(Λ N， Δ N=N2-N1)越大。通過氣體濃度檢測裝置8測定測量介質(zhì)濃度，結(jié)合公式(I)就可以確定該氣體的出口流量。通過計算機采集處理數(shù)據(jù)，并結(jié)合公式(I)和公式(2)計算巖樣的滲透率。本實用新型能夠測定0.0OOlml/min的流量，其滲透率下限可以達(dá)到
0.00001 X 10_3um2，能夠?qū)崿F(xiàn)頁巖、泥頁巖、泥巖和致密砂巖等低滲透巖樣滲透率的測定和覆壓條件下巖樣滲透率的測定。本實用新型的自動化程度高、受人為因素的影響小，巖樣滲透率的測試精度和效率均有所提高。

圖1為本實用新型低滲透巖樣滲透率測定儀組成示意圖。附圖標(biāo)記說明:I檢測氣源；2_調(diào)壓閥；3、4_壓力傳感器；5_巖樣室；6_巖樣；7_定容積室8_氣體濃度檢測裝置；9_中央控制單元；10_圍壓氣源。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其包括檢測氣源1、調(diào)壓閥2、壓力傳感器3、壓力傳感器4、巖樣室5和中央控制單元，如計算機9，所述巖樣室5的入口和出口分別設(shè)置有壓力傳感器3和壓力傳感器4，所述壓力傳感器3和壓力傳感器4均與計算機9相連，所述檢測氣源I與調(diào)壓閥2相連繼而與該巖樣室5入口設(shè)置的壓力傳感器3相連,所述巖樣室5另連有圍壓氣源10,該巖樣室5內(nèi)設(shè)有圍壓套,該圍壓套內(nèi)放置巖樣6,所述低滲透巖樣滲透率測定儀的特征在于:該巖樣室5出口設(shè)置的壓力傳感器4連有定容積室7，該定容積室7容積固定并與大氣相通，該定容積室7連有氣體濃度檢測裝置8，該氣體濃度檢測裝置8與計算機9相連。圍壓氣源10為高壓空氣，即經(jīng)過除水等處理的儲存在鋼瓶中的高壓空氣，本實施例采用具有15Mpa壓力的高壓空氣，用于給巖樣室5的圍壓套施加壓力，使圍壓套包緊巖樣6，防止測量介質(zhì)在巖樣6與圍壓套之間發(fā)生滲漏。具體測量過程如下:將巖樣6放置到巖樣室5的圍壓套中,連接巖樣室5與定容積室7,打開圍壓氣源10，向圍壓套施加1.5MPa的壓力以使其與巖樣6之間不能滲透氣體。以六氟化硫為檢測氣源I，經(jīng)過調(diào)壓閥2調(diào)壓后，以壓力0.1-0.2MPa進入巖樣室5中，流過巖樣6，進入定容積室
7,該定容積室7中的六氟化硫濃度由氣體濃度檢測裝置8進行檢測，計算機9同時采集壓力傳感器3、壓力傳感器4和氣體濃度檢測裝置8的數(shù)據(jù)，按照公式(I)計算氣體流量，進而結(jié)合公式(2)計算出巖樣的滲透率。
權(quán)利要求1.一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其特征在于，其包括檢測氣源(I)、調(diào)壓閥(2)、一對壓力傳感器(3，4)、巖樣室(5)、定容積室(7)、氣體濃度檢測裝置(8)和中央控制單元(9)； 所述檢測氣源(I)通過調(diào)壓閥(2)與所述巖樣室(5)相連，所述巖樣室的出口端與所述定容積室(7)的入口連接；所述氣體濃度檢測裝置(8)與所述定容積室(7)連接，用于探測所述定容積室(7)的氣體濃度；所述氣體濃度檢測裝置(8)的輸出端與所述的中央控制單元(9)連接； 所述一對壓力傳感器(3，4)分別設(shè)置在所述的巖樣室(5)的入口處和定容積室(7)的出口處；且該對壓力傳感器(3，4)的輸出端分別與所述的中央控制單元(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其特征在于: 所述測定儀還包括圍壓單元，所述圍壓單元包括圍壓氣源(10)和圍壓套；所述圍壓套設(shè)置所述的巖樣室(5)內(nèi)，待測巖樣(6)設(shè)置在所述的圍壓套內(nèi)；所述圍壓氣源(10)的輸出端與所述的巖樣室(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其特征在于: 所述檢測氣源(I)內(nèi)的測量氣體介質(zhì)為氦氣或六氟化硫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其特征在于: 所述定容積室(7)的一端與大氣相通且其容積固定；所述定容積室(7)的內(nèi)壁光滑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其特征在于: 所述測定儀還包括大氣壓力表，所述大氣壓力表與所述中央控制單元連接；所述中央控制單元為處理芯片或計算機，用于接收傳感器信號，并分析計算輸出數(shù)據(jù)； 所述氣體濃度檢測裝置(8)為SCHUTZ型紅外線氣體檢測儀、LLD-100型激光光聲光譜氣體檢測儀或MIC-500氦氣探測儀中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其特征在于: 進入所述巖樣室(5)的測量介質(zhì)的氣體壓力范圍在0.1-0.2Mpa ;所述圍壓套的施加的壓力為1.5MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其特征在于: 在所述調(diào)壓閥(2)與巖樣室(5)之間設(shè)置有氣體干燥裝置，所述氣體干燥裝置為vitlab干燥管。
專利摘要本實用新型公開了一種低滲透巖樣滲透率測定儀，其包括檢測氣源(1)、調(diào)壓閥(2)、一對壓力傳感器(3，4)、巖樣室(5)、定容積室(7)、氣體濃度檢測裝置(8)和中央控制單元(9)；所述檢測氣源(1)通過調(diào)壓閥(2)與所述巖樣室(5)相連，所述巖樣室的出口端與所述定容積室(7)的入口連接；所述氣體濃度檢測裝置(8)與所述定容積室(7)連接，用于探測所述定容積室(7)的氣體濃度；所述氣體濃度檢測裝置(8)的輸出端與所述的中央控制單元(9)連接；本實用新型能夠測定微小氣體流量，從而實現(xiàn)頁巖、泥頁巖、泥巖和致密砂巖等低滲透巖樣滲透率的測定和覆壓條件下巖樣滲透率的測定。
文檔編號G01N15/08GK203025067SQ201220447429
公開日2013年6月26日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者鮑云杰, 騰格爾, 俞凌杰, 徐二社, 付小東 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(fā)研究院