CN103575629B - 一种岩样体积测试***及气体渗漏监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩样体积测试***及气体渗透监测方法。***包括：气源、参比室、岩样室、压力传感器、阀门A、阀门B和阀门C，将阀门B、参比室、压力传感器、阀门C和岩样室设置在封闭机箱内，靠近岩样室的一侧机箱设置有门；机箱内或者机箱外设置有示踪气体监测装置；机箱外设置有计算机，分别与压力传感器和示踪气体监测装置连接。方法包括：在岩样体积测试过程中，通过示踪气体监测装置监测机箱内***是否发生渗漏；当压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度超过空气中示踪气体含量时，计算机报警。本发明可以使***处于实时监控状态，及时发现渗漏，提高工作效率，保证测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及地质领域，进一步地说，是涉及一种岩样体积测试***及气体渗漏监测方法。
背景技术
在岩样孔隙度测定过程中，气体法是测定岩样实体（骨架）体积的一种较为成熟的方法。其原理是：根据波义耳定律，一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，它的压力与体积成反比。将参比室与岩样室通过管线连结，管线上装有气体压力传感器（或压力表）和阀门，当在参比室中装入一定压力（P1）的气体（空气或氮气等），在等温条件下，将气体输送到岩样室中，气体压力将下降，直至平衡，此时的压力称为平衡压力（P2）。
此时，下列公式成立：
P1*V1=P2*（V2+V1）-------------------------------------------（1）
其中：V1为参比室和参比室到阀门之间管线体积之和；
V2为岩样室和岩样室到阀门之间管线体积之和；
当将实体体积为V3的岩样放入岩样室中时，重复上述过程，下列公式成立：
P1*V1=P2*（V2+V1－V3）
V3=V2+V1-P1*V1/P2------------------------------------------（2）
由此可见，由于V2、V1和P1均为已知，只要测得装入岩样后的平衡压力P2，用公式（2）可以计算岩样实体体积，平衡压力P2是准确计算岩样实体体积的关键参数。
操作过程（参见附图）是：
（1）在阀门A关闭、阀门B、C打开的状态下，取下岩样室顶盖，将岩样放入岩样室，安装并加紧顶盖；
（2）关闭阀门C，打开阀门A、阀门B，使气体进入参比室，并达到一定的压力；
（3）关闭阀门B，打开阀门C，此时气体不断进入到岩样室以及岩样的孔隙中，气体压力下降，在没有气体渗漏的条件下，经过一段时间之后压力达到平衡，此时测得的压力为平衡压力；
从原理和操作过程来看，这种方法的优点是仪器结构简单，操作简便。但也存在一定的缺陷和风险。
①参比室与岩样室由管线连结，管线上附有压力传感器（或压力表）、阀门，岩样室附有活动的顶盖，在操作过程中，存在气体渗漏的风险，一旦发生渗漏，将影响平衡压力的准确检测；
②在操作过程（3），因岩样而异，压力达到平衡所需要的时间有很大的差异，有的仅几分钟，有的需几十分钟才能达到平衡。在此过程中，是气体发生了渗漏？还是正常的平衡过程？操作人员难以判断，致使工作效率、甚至测试质量受到影响。
为此，非常需要一种气体渗漏监测方法，使仪器的关键部件及其连结点的密封性能处于实时监控状态，以保证工作效率和测试质量。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种岩样体积测试***及气体渗漏监测方法。可以使***处于实时监控状态，及时发现渗漏，提高工作效率，保证测试精度。
本发明的目的之一是提供一种岩样体积测试***。
包括：气源、参比室、岩样室、压力传感器、阀门A、阀门B和阀门C，气源依次连接参比室和岩样室，压力传感器和阀门C设置在参比室和岩样室之间的管线上，阀门A和阀门B设置在气源和参比室之间的管线上，
将阀门B、参比室、压力传感器、阀门C和岩样室设置在封闭机箱内，靠近岩样室的一侧机箱设置有门，可取放岩样；
所述机箱内或者机箱外设置有示踪气体监测装置；
所述机箱外设置有计算机，分别与压力传感器和示踪气体监测装置连接。
本发明的目的之二是提供一种岩样体积测试过程中气体渗漏监测方法。
包括：
在岩样体积测试过程中，通过示踪气体监测装置监测机箱内***是否发生渗漏；
当压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度超过空气中示踪气体的含量时，计算机报警。
具体包括以下步骤：
（1）打开机箱的门，将岩样放进岩样室后盖紧顶盖；
（2）关闭阀门C，打开阀门A、阀门B，含示踪气体的气体进入参比室；当压力达到0.1-0.5MPa时，关闭阀门B、打开阀门C，关闭机箱门，使机箱密封；示踪气体和测量介质进入岩样室和岩样孔隙中；
（3）压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度没有超过空气中示踪气体的含量时，表明***内没有渗漏，压力逐渐达到平衡，采集平衡压力数据，计算机计算检测结果；
（4）当压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度变化量超过空气中示踪气体含量时，计算机报警，说明***内发生气体渗漏。
本发明的技术方案如下：
一是将参比室、岩样室、气体密闭所涉及的管线和阀门等放置于一个相对密封的箱体中，这个箱体可以是相对密封的机箱，正面有门，方便放入取出岩样；二是在测量气体介质中混入一定量的示踪气体，这种示踪气体在大气中含量低，易于检测，通常为氦气、六氟化硫（SF6），在以空气为测量介质时，选择氦气；在以氦气做为测量介质时可选择SF6；三是在箱体内部或外部安装示踪气体检测装置，实时监测、显示箱体中示踪气体的浓度变化；四是设置示踪气体浓度变化量报警值，一旦示踪气体浓度变化量达到报警值的下限，表明气体发生渗漏，计算机即报警提示，则应停止岩样测试，检查管线、确定渗漏位置，进行密封处理。当气体压力下降而计算机不报警，说明气体正缓慢进入岩样的微小孔隙之中，仪器工作状态正常，可以安心观察压力变化情况，直到压力平衡。
具体可采用以下步骤：
①打开机箱的门；
②取下岩样室顶盖将岩样放进岩样室后盖紧顶盖；
③关闭阀门C，打开阀门A、阀门B，含示踪气体的气体进入参比室；当压力达到0.1-0.5MPa，关闭阀门B、打开阀门C，关闭机箱的门；
④示踪气体和测量介质进入岩样室和岩样孔隙中。
⑤当管线及其与阀门、压力传感器、参比室、岩样室连接处密封良好，压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度没有异常变化，表明***工作状态良好，一段时间后压力将达到平衡，采集平衡压力数据，计算机计算检测结果。
⑥打开机箱的门，取出岩样，至此，完成了一个岩样实体体积测定。
⑦当压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度超过空气中示踪气体含量时，计算机报警，说明***发生气体（测量介质）渗漏，则应停止当前岩样检测，检查管线及其与各部件连接处，查找渗漏点并进行修复。
参照图1进行进一步说明：
阀门A为含示踪气体气源的阀门，阀门B为参比室进气阀门，参比室为具有固定体积的腔体，压力传感器用于检测参比室气体压力以及气体进入岩样室后的平衡压力，阀门C为岩样室进气阀门，岩样室用于放置岩样，其顶部附有顶盖，用于放置岩样后盖紧密封，示踪气体监测装置用于示踪气体的监测，计算机用于压力参数、示踪气体监测的数据采集、处理、显示等。
将阀门B、参比室、压力传感器、阀门C、岩样室及其顶盖都放置于相对封闭的箱体中。在测试过程中，当管线及其与阀门、压力传感器、参比室、岩样室连接处密封良好，压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度没有异常变化，表明***工作状态良好，一段时间后压力将达到平衡；当压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度超过空气中示踪气体含量时，计算机会报警提示，说明***发生气体（测量介质）渗漏，则应停止当前岩样检测，检查管线及其与各部件连接处，查找渗漏点并进行修复。
本发明的技术方案设计合理，充分利用气体法测定岩样实体体积的原有资源，适当扩展增加硬件和软件即可实施。本发明实施后，可以使气体法测定岩样体积的关键部件的密封性能，处于实时监控状态，确保关键参数--平衡压力准确可靠，对于提高孔隙度测试精度和工作效率具有重要意义。
附图说明
图1本发明的岩样体积测试***示意图
附图标记说明：
1-阀门A；2-阀门B；3-压力传感器；4-参比室；5-阀门C
6-岩样室；7-顶盖；8-机箱；9-示踪气体监测装置；10-计算机；11-气源；
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例：
如图1所示，一种岩样体积测试***，包括：气源11、参比室4、岩样室6、压力传感器3、阀门A1、阀门B2和阀门C5，气源11依次连接参比室4和岩样室7，压力传感器3和阀门C5设置在参比室4和岩样室6之间的管线上，阀门A1和阀门B2设置在气源11和参比室4之间的管线上，
将阀门B2、参比室4、压力传感器3、阀门C5和岩样室6设置在封闭机箱8内，靠近岩样室6的一侧机箱设置有门，可取放岩样；
所述机箱内或者机箱外设置有示踪气体监测装置9；
所述机箱外设置有计算机10，分别与压力传感器3和示踪气体监测装置9连接。
进行岩样体积测试时，
①打开机箱的门；
②取下岩样室顶盖将岩样放进岩样室后盖紧顶盖；
③关闭阀门C，打开阀门A、阀门B，含示踪气体的气体进入参比室；当压力达到0.5MPa，关闭阀门B、打开阀门C，关闭机箱的门；
④示踪气体氦气和测量介质进入岩样室和岩样孔隙中。
⑤当管线及其与阀门、压力传感器、参比室、岩样室连接处密封良好，压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度没有异常变化，表明***工作状态良好，2分钟后压力将达到平衡，采集平衡压力数据，计算机计算检测结果。
⑥打开机箱的门，取出岩样，至此，完成了一个岩样实体体积测定。
⑦当压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度超过空气中示踪气体含量时，计算机报警，说明***发生气体（测量介质）渗漏，则应停止当前岩样检测，检查管线及其与各部件连接处，查找渗漏点并进行修复。
Claims (5)
1.一种岩样体积测试***，包括：含示踪气体的气源、参比室、岩样室、压力传感器、阀门A、阀门B和阀门C，气源依次连接参比室和岩样室，压力传感器和阀门C设置在参比室和岩样室之间的管线上，阀门A和阀门B设置在气源和参比室之间的管线上，其特征在于：
将阀门B、参比室、压力传感器、阀门C和岩样室设置在封闭机箱内，靠近岩样室的一侧机箱设置有门，可取放岩样；
所述机箱内或者机箱外设置有示踪气体监测装置，所述示踪气体监测装置监测所述封闭机箱内的示踪气体的浓度变化，以监测所述封闭机箱内***是否发生渗漏。
2.如权利要求1所述的岩样体积测试***，其特征在于：
所述机箱外设置有计算机，分别与压力传感器和示踪气体监测装置连接。
3.一种采用如权利要求1或2所述的岩样体积测试***的气体渗漏监测方法，包括：
在岩样体积测试过程中，通过示踪气体监测装置监测机箱内***是否发生渗漏。
4.如权利要求3所述的气体渗漏监测方法，其特征在于：
当压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度超过空气中示踪气体含量时，计算机报警。
5.如权利要求4所述的气体渗漏监测方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)打开机箱的门，将岩样放进岩样室后盖紧顶盖；
(2)关闭阀门C，打开阀门A、阀门B，含示踪气体的气体进入参比室；当压力达到0.1-0.5MPa时，关闭阀门B、打开阀门C，关闭机箱门，使机箱密封；示踪气体和测量介质进入岩样室和岩样孔隙中；
(3)压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度没有超过空气中示踪气体含量时，表明***内没有渗漏，压力逐渐达到平衡，采集平衡压力数据，计算机计算检测结果；
(4)当压力下降，示踪气体监测装置检测到的示踪气体浓度超过空气中示踪气体含量时，计算机报警，说明***内发生气体渗漏。
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