CN106153522A - 岩心孔隙度测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩心孔隙度测量装置，包括氦气瓶、减压阀、样品室、参比室、压力传感器、数字显示表、第一阀门、第二阀门和第三阀门，通过阀门可以实现氦气先进入样品室再进入参比室。本发明还公开了一种岩心孔隙度测量方法，包括以下步骤：（1）校准：将氦气先引进样品室再分压至参比室，通过联立方程计算得到参比室体积Vr和样品室体积Vc，反复多次完成校准；（2）测量：通过联立方程计算得到岩心孔隙度ɸ。本发明通过将高压测量氦气首先引进样品室，再分压至参比室，显著增大了分压前后压力变化，且压力变化随岩心孔隙体积减小而增大，在同等设备条件下，采用本发明的测量装置和测量方法能够更精确地测量岩心样品尤其是低孔隙度样品的孔隙度。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩心孔隙度测量装置及测量方法，尤其涉及一种测量气先进入样品室后再分压进入参比室的岩心孔隙度测量装置及测量方法。
背景技术
现行的国内外主流的岩心孔隙度测量方法，主要采用石油天然气行业标准SY/T5336-2006《岩心分析方法》（即API RP 40：1998，Recommended Practices for CoreAnalysis，IDT的中文引进版）中的，5.3.2.1.1 波义尔定律双室法（岩样杯）测定颗粒体积和5.2.3 卡尺测量法来测定规则岩心的视体积，视体积减去颗粒体积的差除以视体积，即为孔隙度。
在理论上，上述方法可以测定任意尺寸、任意孔隙度的规则岩心样品；但是在实际应用中，必须考虑到：
使用波义尔双室法测定颗粒体积的过程中，实际的气体压力转换为压力传感器的电信号，并最终传输转换为的数字显示表的示数，在一系列转换的过程中存在误差；
压力表的显示位数有限，即压力测量***的分辨率有限；
如SY/T 5336-2006 5.3.2.1.1.8 f所述，样品室放入岩心及填充块之后，除岩心的孔隙之外，样品室及管线内还存在***空余体积；
如SY/T 5336-2006 5.3.2.1.1.8 g所述，孔隙体积应与参比室体积接近，但当孔隙体积很小时，参比室体积难以做到与孔隙体积近似；
利用波义尔定律双室法测量岩心孔隙度的本质，即测量由岩心孔隙体积造成的压力变化，孔隙体积越大则由其造成的压力变化越大；在孔隙体积相对参比室越小时，压力变化则越小，误差相对压力变化越大，对测量结果影响越大。
综上，SY/T 5336-2006推荐的波义尔定律双室法（岩样杯）测定颗粒体积，在测定低孔隙度样品如页岩（孔隙度常在0～2%）时，测量结果误差较大，影响了后续测试和研究。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种在测定低孔隙度样品如页岩时仍具有高精度测量结果的岩心孔隙度测量装置及测量方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种岩心孔隙度测量装置，包括氦气瓶、减压阀、样品室、参比室、压力传感器和数字显示表，还包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述氦气瓶的出口与所述减压阀的入口连接，所述减压阀的出口与所述第一阀门的第一端连接，所述第一阀门的第二端分别与所述第二阀门的第一端、所述样品室的入口和所述压力传感器的检测端连接，所述第二阀门的第二端分别与所述第三阀门的第一端和所述参比室的入口连接，所述第三阀门的第二端悬空，所述压力传感器的信号输出端与所述数字显示表的信号输入端连接。
一种如权利要求1所述的岩心孔隙度测量装置采用的测量方法，包括以下步骤：
（1） 校准，具体包括以下步骤：
（1.1） 通过调节减压阀使氦气进气压力接近压力传感器的量程上限；
（1.2） 打开第二阀门和第三阀门，约30秒后关闭，记录数字显示表的稳定示数，记为Pa1；
（1.3） 空置样品室，打开第一阀门，约30秒后关闭第一阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P1；
（1.4） 打开第二阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P2，打开第三阀门放空后关闭；
（1.5） 将样品室装入尽可能多的标准不锈钢填充块，填充块总体积记为Vf0；
（1.6） 打开第一阀门，约30秒后关闭第一阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P3；
（1.7） 打开第二阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P4，打开第三阀门放空后关闭；
（1.8） 联立如下方程：
得到参比室体积Vr和样品室体积Vc，其中Za1、Z1、Z2、Z3、Z4分别为温度为Ta时对应压力Pa1、P1、P2、P3、P4下氦气的气体压缩因子；测量过程中保持环境条件恒定，环境温度记为Ta，且假设所有压力读数时***内气体温度为Ta；
（1.9） 调整样品室内填充块体积后重复步骤（1.5）至（1.8），反复多次完成校准；
（2） 测量，具体包括以下步骤：
（2.1）将视体积为Vs的岩心放入样品室，并装入尽可能多的标准不锈钢填充块，填充块总体积记为Vf1；
（2.2）打开第二阀门和第三阀门，约30秒后关闭，记录数字显示表的稳定示数，记为Pa2；
（2.3）打开第一阀门，约30秒后关闭第一阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P5；
（2.4）打开第二阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P6，打开第三阀门放空后关闭；
（2.5）联立如下方程：
%
得到岩心孔隙度ɸ，其中Za2、Z5、Z6为温度为Ta时对应压力Pa2、P5、P6下氦气的气体压缩因子，Vg为样品的颗粒体积，Vp为样品的孔隙体积。
上述测量装置和测量方法是相互对应的，本发明所述测量装置与传统的测量装置在氦气瓶与参比室和样品室的连接结构上形成了差异，这种结构差异从形式上看比较小，但却形成了实质变化，该变化导致本发明所述测量方法能够得以顺利实施。
本发明的有益效果在于：
本发明通过将高压测量氦气首先引进样品室，再分压至参比室，相对于传统的行业标准方法显著增大了分压前后压力变化，且压力变化随岩心孔隙体积减小而增大，在同等设备条件下，采用本发明的测量装置和测量方法能够更精确地测量岩心样品尤其是低孔隙度样品的孔隙度。
附图说明
图1是本发明所述岩心孔隙度测量装置的结构示意图；
图2是本发明所述岩心孔隙度测量装置应用时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明所述岩心孔隙度测量装置包括氦气瓶1、减压阀9、样品室3、参比室2、压力传感器4、数字显示表5、第一阀门8、第二阀门7和第三阀门6，氦气瓶1的出口减压阀9的入口连接，减压阀9的出口与第一阀门8的第一端连接，第一阀门8的第二端分别与第二阀门7的第一端、样品室3的入口和压力传感器4的检测端连接，第二阀门7的第二端分别与第三阀门6的第一端和参比室2的入口连接，第三阀门6的第二端悬空，作为排空端，压力传感器4的信号输出端与数字显示表5的信号输入端连接。上述结构中，压力传感器4测量绝对压力，数字显示表5至少能显示所有有效数字加1位符号位，如测量值应含3位可靠数字和1位存疑数字，则数字显示表5应至少显示5位；第一阀门8、第二阀门7和第三阀门6的驱替体积均为0。
如图2所示，本发明所述岩心孔隙度测量装置采用的测量方法，包括以下步骤：
（1） 校准，具体包括以下步骤：
（1.1） 通过调节减压阀9使氦气进气压力接近压力传感器4的量程上限；
（1.2） 打开第二阀门7和第三阀门6，约30秒后关闭，记录数字显示表5的稳定示数，记为Pa1；
（1.3） 空置样品室3，打开第一阀门8，约30秒后关闭第一阀门8，记录数字显示表5的稳定示数，记为P1；
（1.4） 打开第二阀门7，记录数字显示表5的稳定示数，记为P2，打开第三阀门6放空后关闭；
（1.5） 将样品室3装入尽可能多的标准不锈钢填充块，填充块总体积记为Vf0；
（1.6） 打开第一阀门8，约30秒后关闭第一阀门8，记录数字显示表5的稳定示数，记为P3；
（1.7） 打开第二阀门7，记录数字显示表5的稳定示数，记为P4，打开第三阀门6放空后关闭；
（1.8） 联立如下方程：
得到参比室体积Vr和样品室体积Vc，其中Za1、Z1、Z2、Z3、Z4分别为温度为Ta时对应压力Pa1、P1、P2、P3、P4下氦气的气体压缩因子；测量过程中保持环境条件恒定，环境温度记为Ta，且假设所有压力读数时***内气体温度为Ta；
（1.9）调整样品室3内填充块体积后重复步骤（1.5）至（1.8），反复多次完成校准；
（2）测量，具体包括以下步骤：
（2.1）将视体积为Vs的岩心放入样品室3，并装入尽可能多的标准不锈钢填充块，填充块总体积记为Vf1；
（2.2）打开第二阀门7和第三阀门6，约30秒后关闭，记录数字显示表5的稳定示数，记为Pa2；
（2.3）打开第一阀门8，约30秒后关闭第一阀门8，记录数字显示表5的稳定示数，记为P5；
（2.4）打开第二阀门7，记录数字显示表5的稳定示数，记为P6，打开第三阀门6放空后关闭；
（2.5）联立如下方程：
%
得到岩心孔隙度ɸ，其中Za2、Z5、Z6为温度为Ta时对应压力Pa2、P5、P6下氦气的气体压缩因子，Vg为样品的颗粒体积，Vp为样品的孔隙体积。
本方法的精髓在于，进气的体积是与孔隙体积随动的，孔隙体积大则进气多分压后压力变化相对小，孔隙体积小则进气少分压后压力变化相对大；传统方法进气的体积是参比室体积，孔隙体积大分压后压力变化大，孔隙体积小分压后压力变化小。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (2)
1.一种岩心孔隙度测量装置，包括氦气瓶、减压阀、样品室、参比室、压力传感器和数字显示表，其特征在于：还包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述氦气瓶的出口与所述减压阀的入口连接，所述减压阀的出口与所述第一阀门的第一端连接，所述第一阀门的第二端分别与所述第二阀门的第一端、所述样品室的入口和所述压力传感器的检测端连接，所述第二阀门的第二端分别与所述第三阀门的第一端和所述参比室的入口连接，所述第三阀门的第二端悬空，所述压力传感器的信号输出端与所述数字显示表的信号输入端连接。
2.一种如权利要求1所述的岩心孔隙度测量装置采用的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
校准，具体包括以下步骤：
通过调节减压阀使氦气进气压力接近压力传感器的量程上限；
打开第二阀门和第三阀门，约30秒后关闭，记录数字显示表的稳定示数，记为Pa1；
空置样品室，打开第一阀门，约30秒后关闭第一阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P1；
打开第二阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P2，打开第三阀门放空后关闭；
将样品室装入尽可能多的标准不锈钢填充块，填充块总体积记为Vf0；
打开第一阀门，约30秒后关闭第一阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P3；
打开第二阀门，记录数字显示表的稳定示数，记为P4，打开第三阀门放空后关闭；
联立如下方程：
得到参比室体积Vr和样品室体积Vc，其中Za1、Z1、Z2、Z3、Z4分别为温度为Ta时对应压力Pa1、P1、P2、P3、P4下氦气的气体压缩因子；测量过程中保持环境条件恒定，环境温度记为Ta，且假设所有压力读数时***内气体温度为Ta；
调整样品室内填充块体积后重复步骤（1.5）至（1.8），反复多次完成校准；
测量，具体包括以下步骤：
（2.1）将视体积为Vs的岩心放入样品室，并装入尽可能多的标准不锈钢填充块，填充块总体积记为Vf1；
（2.2）打开第二阀门和第三阀门，约30秒后关闭，记录数字显示表的稳定示数，记为Pa2；
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