氣體氦孔隙度測定儀

詳細內容

 

QKY-1型氣體氦孔隙度儀說明書

一、概    述

孔隙度是巖石的重要性質之一，它定義為孔隙體積與巖石幾何體積的比值，通常用百分數表示。這種油田水烴類物質占據的孔隙空間的大小，無論對合理評價油藏，還是對油藏進行工程施工都是必不可少的參數，

我們根據美國巖心公司的孔隙度儀并參考了大量的資料設計的氣體孔隙度儀，具有結構簡單、操作方便、測定速度快、性能穩定等特點，是巖心分析實驗室必不可少的裝置。

二、工作原理

氣體孔隙度儀是測量體積的一種儀器，用它可以測定巖樣的骨架體積和孔隙度體積，利用氣體膨脹原理，即玻義爾（BoyLE）定律，已知體積的氣體在確定的壓力下向未知體積等溫膨脹，膨脹后可測定*終的平衡壓力。平衡壓力的大小取決于未知體積的大小，而未知體積的大小由玻義爾定律求得。

該儀器可用兩種氣體作為驅替介質，氮氣和氦氣。對于一般的砂巖可用氮氣，對于較為致密的灰巖和孔隙較小的巖樣可用氦氣測定。用氦氣的理由是：①．微小的氦氣（分子分子半徑r=0.9A）作為介質能夠進入與油藏巖石伴生的毛細管；②．分子量低的氦氣（M=4）對巖石具有較高的滲透能力；③．巖石表面對氦氣吸咐性較差。

根據玻義爾定律如圖所示：氣體的已知體積V_k與所測壓力P_k下等溫膨脹到未知室體積V中，膨脹后測量*終平衡壓力P這個平衡壓力取決于未知體積量，未知體積可以用玻義爾定律求得：

 

圖1：BoyLE原理圖

V_KP_K=V·P+V_KP…………………………………………  ⑴

V=V_K（P_K－P）／P ……………………………………… ⑵

對于低壓真實氣體，在彈性體積中作等溫膨脹，考慮到器壁的壓變性，忽略一些次要因素，計算由下式表示：

式中：V 未知室空間體積，cm³；

V_K 已知室空間體積，cm³；

P_K 已知室的（原始）壓力，MPa；

P 平衡壓力，MPa；

Po 當天大氣壓力，MPa；

G 體積的壓力系數。

㈠．巖樣顆粒體積的測定

由上述所知，只要用同樣的方法進行兩次實驗就可以確定出巖樣的顆粒體積，即未知室不裝巖樣時得到的平衡壓力為P₁，未知室空間體積為V₁

未知室里裝上巖樣時得到的平衡壓力P，未知室的空間（包括巖心當中的孔隙體積）體積V₂

④式－⑤式為巖樣的顆粒體積Vg

Vg＝V₁－V₂

這里應該指出的是：由于我們所用的氣體孔隙度儀結構設計上考慮了精度和已知室的校正問題，所以在巖樣杯（未知室）中裝滿了不同體積的鋼盤，在測定P1時，應在巖樣杯中裝滿鋼園盤，測定P時應從杯中取出與巖樣體積相當的鋼盤體積，記錄取出鋼園盤體積V_鋼，所以顆粒體積為：

Vg=V₁+V_鋼－V₂ ……………………………………⑹

㈡．用TY－B巖心夾持器測定巖樣的孔隙體積：

用氣體孔隙度儀與TY－B巖心夾持器連接，就可以測定巖樣的孔隙體積，TY－B巖心夾持器如圖所示：（見圖2）

首先在夾持器中裝一不滲透的鋼（或有機玻璃）柱塞，用高壓氣體向巖心夾持器的環形空間加壓，使膠皮筒緊貼柱塞使之密封。然后打開閥門使已知室的氣體膨脹到夾持器中，獲得平衡壓力P₁即得到一個空間（包括通往加壓柱塞管線的空間）體積為V₁。

然后，用標準園形巖心替換夾持器中的鋼柱塞，用同樣的方法獲得平衡壓力，即又得到一個空間體積V（包括巖樣內孔隙體積+V₁）。巖樣的孔隙體積V_P為：

V_P＝V－V₁

㈢、巖樣外表體積與孔隙度的確定

1．外表體積的求法：

V_f＝π／4·D²·H ……………………………………⑺

式中：V_f巖樣外表體積，cm³；

      D巖樣直徑，cm；

      H巖樣高度，cm

2．孔隙度的求法：

根據下式就可求出巖樣的孔隙度Ф：

Ф=1－Vg／V_f 或 Ф=V_P／V_f………………………⑻

㈣．公式③中V_K、G確定

其方法是在同一原始壓力P_K下測定：

⑴．巖樣杯中裝滿鋼園盤時的平衡壓力P₁；

⑵．從杯中取出*號鋼園盤后的平衡壓力P₂；

⑶．從杯中取出第三號鋼園盤（同時裝進*號鋼園盤）的平衡壓力P₃；

根據公式③就可以知道下面三個描述性方程： 

由⑾－⑼式得：

由⑽－⑼式得：

令：

所以：V₃－V₁＝A·V_K＋B·G

      V₂－V₁＝C·V_K＋D·G

經整理得：

式中：

（V₂－V₁）*次取出的*號鋼園盤體積；

（V₃－V₁）第二次取出的第三號鋼園盤體積；

Po大氣壓力；

其余符號同前

 

 

三、儀器結構及各部件說明

本儀器是根據玻義爾定律設計的，所以等溫很重要，故要求安裝在非通氣區，沒有空氣直接流通的室內實驗臺上，只要溫度穩定在2%范圍內，即可測得穩定的結果。流程圖，見下圖：

氣體孔隙度儀流程圖

儀器有下列部件：

1．帶有調節器的高壓鋼瓶一個，瓶內壓力約15MPa，用它來作儀器的氣源。

2．氣源閥：供給孔隙計調節器低于1MPa氦（氮）氣，當供氣閥關閉時，調節器通過常泄，使壓力保持恒定。

3．調節器：將1MPa的壓力準確地調節到0.6MPa以下。

4．供氣閥：連接0.6MPa以下壓力的氣體到標準室和壓力計，它是標準室體積的上游極限。

5．標準室：已知體積室。

6．樣品閥：能使標準室內0.6MPa壓力的氣體連接到未知室體積上去，它是標準室體積的下游極限。

7．放空閥：使末知體積中的初始壓力為0MPa，同時又可以使平衡后的氣體放入大氣。

8．壓力計：測量體系中氣體壓力，用來指示標準室的壓力準確達到0.6MPa以下，并指示體系平衡的壓力。

 

四、測試準備

㈠．樣品準備

1．樣品加工：將待測樣品用鉆床成直徑為50mm，長度為100mm，如果不能加工成規則形狀的樣品，可用其它方法制成能放入巖心室的形狀也可以。

2．樣品處理：含油樣品先洗油（含鹽量大的要除鹽），在105℃的烘箱中烘干（時間長知可視具體情況而定），然后放入干燥器中冷至室溫，等測。

㈡．儀器準備

1．連接好巖心室或夾持器；

2．接通氣源；

3．關閉放空閥和樣品閥，打開氣源閥和供氣閥，用調節器使標準室的壓力達到0.6MPa以下。

4．關閉供氣閥，穩定一段時間后，加壓力不下降，說明整個系統不漏氣，否則就需要檢漏。

5．打開樣品閥，穩定一段時間后，如壓力不下降，說明整個系統不漏氣，否則就應檢漏（可用肥皂液檢漏）。

6．如果停用時間較長，正式測量之前應對壓力計進行校正。

五．測試步驟

㈠．顆粒體積測定：

1．測量各個鋼園盤和巖樣的幾何體積，用游標卡尺量其直徑與長度。為了便于區分，將鋼園盤從小到大編號為1、2、3、4。

2．將測量后的鋼園盤全部裝入樣品杯中，并把該杯密封于夾持器中。

3．開氣源閥、供氣閥，用壓力調節器將壓力調至原始壓力P_k，待壓力穩定后，關閉供氣閥，并記下P_k然后關閉放空閥。開樣品閥，氣體膨脹到樣品杯（末知室），壓力計讀數從P_k下降，待壓力穩定后，記下此平衡壓力P₁。

4．關樣品閥，開放空閥，取出1號鋼園盤，然后將樣品杯在夾持器中密封，關放空閥重復步驟（3），記下平衡壓力P₂及取出的1號鋼園盤體積V₁，隨后關掉樣品閥，開放空閥，取出3號鋼園盤（同時裝入1號鋼園盤），將樣品杯裝入夾持器中密封，關放空閥，重復步驟（3），記下平衡壓力P₃及鋼園盤V₂。

5．隨后關掉樣品閥，開放空閥，從樣品杯中取出全部鋼園盤，裝入巖樣，如巖樣未裝滿巖樣標，用鋼園盤充填。盡量將樣品杯填滿（原則是使其空間體積縮小）。然后將樣品杯裝入夾持器中密封，重復步驟3記錄下平衡壓力P及取出的鋼園盤體積V_鋼。

一塊樣品測定完畢后，如要連續測多塊樣品，隨后的巖樣重復步驟5就可以了。

6．注意事項

A．系統壓力全穩定后，才能讀數，一般樣品到一分鐘就可穩定，致密樣品，含泥質多的樣品需二、三十分鐘。一塊樣品重復測定時，中間要間隔1～2分鐘后再測這定。

B．孔隙計停用時，關氣瓶總閥，氣源閥和樣品閥，使系統保持一定壓力，如果壓力有損失，說明漏失。

C．孔隙計停用一段時間后，再啟用時要試漏，壓力計調零。

㈡．孔隙體積的測定

1．用管線將孔隙計出口與滲透率儀的TY－B巖心夾持器連接，按氣體滲透率儀的操作規程將一實心鋼園柱密封于夾持器中。

2．測孔隙計出口到實心園柱體端面*段管線的空體積V₁（其方法見顆粒體積測定的有關步驟）。

3．按氣體滲透率儀操作規程從夾持器中取出實心鋼園柱體，換上待測樣品，重復步驟2，測出樣品加管線的空隙體積V₂。

4．按公式（3）計算出V₁和V₂，然后按下式計算孔隙體積：

V_P＝V₂－V₁ ……………………………………⒃

5．將上述數據填入原始記錄表格；

6．注意事項（參見滲透率說明書）

六、數據處理

1．據附表中的參數按（9）～（15）式計算出V_K與G；

2．按（4）～（6）式計算巖樣的顆粒體積Vg；

  按（4）、（5）、（16）式計算巖樣的孔隙體積V_P；

3．按公式：

   Vf＝π／4·D²·H計算巖樣外表面體積；

4．根據（8）式計算巖樣的孔隙度Ф；

儀器主要技術參數

1．測試巖心直徑：Ф50㎜

2．測試巖心長度：100㎜

3．工作介質：氦氣和氮氣

4．儀器配套：高壓鋼瓶1個、氣壓計1只、游標卡尺1把、干燥器1個（存放巖心用）（用戶自備）

5．測量誤差：0.5%～1.0%

附表：

孔隙度測定原始記錄表格

⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑿	巖樣編號 大氣壓力     MPa 巖樣高度     ㎝ 巖樣直徑     ㎝ 原始壓力     MPa 杯中裝滿鋼園盤時的平衡壓力   MPa 從杯中取出1號鋼園盤時的平衡壓力  MPa 取出1號鋼園盤的體積   ㎝3 從杯中取出3號鋼園盤時的平衡壓力  MPa 取出3號鋼園盤的體積   ㎝3 杯中裝滿樣品時的平衡壓力   MPa 裝樣品時取出的鋼園盤體積   ㎝3		No Po H D PK P1 P2 V1 P3 V2 P V鋼
備  注

 

原創作者：海安縣石油科研儀器有限公司

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