本發(fā)明涉及油氣層評價及地質(zhì)學巖石物理性質(zhì)測量技術領域，尤其涉及一種巖石孔隙率測定裝置。

背景技術：

眾所周知，巖石的有效孔隙率是指巖石的連通孔隙體積占巖石樣品的總體積的百分比。因此，要想獲得巖石的有效孔隙率，僅需要測出巖石的總體積、連通孔隙體積和巖石骨架體積這三個參數(shù)中的任何兩個，就可計算出孔隙率。

現(xiàn)有技術中針對上述三個參數(shù)進行測量時，通常有以下幾種方法：

對于巖石樣品總體積的測定通常包括：丈量法，可用于規(guī)則圓柱樣品，量取巖樣的長度和直徑即可計算總體積。汞泵法，利用汞的非潤濕性，在常壓下將樣品浸入已知體積的汞液中，汞的液位會上升，根據(jù)液位上升的高度可以計算出巖樣的總體積。以及浮力法，將樣品浸與不易揮發(fā)的液體中，待液體與樣品充分接觸后樣品的重量不再發(fā)生變化時稱取樣品在液體中的質(zhì)量，然后擦干表面的液體再次稱重，根據(jù)液體的比重及兩次稱重的結果可以計算出巖樣的總體積。

對于巖石骨架體積的測定通常包括：浮力法，稱取巖石的干重，將樣品抽真空，用粘度較小且不易揮發(fā)的液體，例如煤油，飽和樣品。然后再分別稱取樣品在液體中的重量及飽和液體的樣品在空氣中的重量，由此可計算出樣品的孔隙體積，同時也能測出樣品的總體積和骨架體積。氣體法，根據(jù)玻義爾瑪略特定律，將干燥樣品放置于測量杯中，在一個大氣壓條件下密封測量杯，將參考杯充入固定壓力的氣體，然后將兩杯連通，兩杯中氣體平衡后的壓力與巖石的骨架體積具有固定單調(diào)函數(shù)關系，據(jù)此可以測量出巖樣的骨架體積。

然而，上述方法存在許多缺點，例如汞泵法，由于汞是有毒有害物質(zhì)，對人體傷害較大，現(xiàn)已幾乎被淘汰。而液體法存在兩個隱患會導致誤差的不確定性，一方面，對于致密樣品真空條件下也很難確保能將煤油之類液體注入到納米級的孔隙中。另一方面，在空氣中稱取飽和液體的樣品的重量之前，必須人工將樣品 表面的液體擦干，這一過程勢必會造成一定的認為誤差。進一步地，對于孔隙性和連通性較好的樣品，擦拭過程極有可能將孔隙中的液體帶出，導致孔隙率測定結果偏小。然而，對于致密樣品若擦試不干凈，又會導致結果偏大。氣體法可以較為準確的測定出巖石的骨架體積，但傳統(tǒng)的氣體法在測定孔隙體積時要求樣品必須是規(guī)則的圓柱形，或至少有一個面加工成平面。同時，裝樣時堵頭若不能與圓柱樣品端面完全對接，也會導致結果偏大。

上述任何一種方法均需要至少兩步才能完成，工作效率低且測量精度難以保證。同時，上述方法也無法實現(xiàn)對任意形狀的巖石樣品孔隙率進行全自動測定。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述部分或全部的技術問題，本發(fā)明提供了一種巖石孔隙率測定裝置。巖石孔隙率測定裝置包括：樣品杯、設置于樣品杯的內(nèi)部用于包裹樣品的樣品套以及連通于樣品杯的杯底和杯蓋的氣體管路。在氣體管路上連接有多個閥門。在氣體管路上還連接有真空泵、標準室和壓力傳感器。通過控制不同閥門之間的開關，真空泵能對樣品杯的底部或上部抽真空；標準室和壓力傳感器配合以測定不同狀態(tài)下樣品杯中的壓力值，進而計算出巖石的孔隙率。

在這種情況下，將巖石樣品裝入樣品套內(nèi)，通過真空泵對樣品杯上部空間抽真空可以使樣品套緊密包裹樣品。通過對樣品杯下部空間通入高壓氣體，可測定樣品套連同巖石樣品總體積的體積，扣除樣品套的體積則可得到巖石樣品的總體積。而通過真空泵對樣品杯下部空間抽真空可以使樣品套與樣品杯的四周杯壁緊密接觸。通過對樣品杯上部空間通入高壓氣體，可測定樣品骨架的體積。由此，本發(fā)明的巖石孔隙率測定裝置，通過一次裝樣兩次抽真空即可測得巖石樣品總體積和巖石樣品骨架體積參數(shù)，改變了傳統(tǒng)的孔隙率測定流程，提高了檢測效率減小了測量誤差。

進一步地，樣品套為能任意變形的乳膠質(zhì)樣品套。由此，可以對巖石樣品形狀無任何要求。

進一步地，樣品杯的杯底和杯蓋均由多孔介質(zhì)材料制成。由此，在抽真空時可以保證樣品套與樣品杯的壁緊密接觸，但又不會因為孔隙的存在而使樣品套被吸入孔隙中。

進一步地，氣體管路包括：通過杯蓋連通于樣品套內(nèi)部并依次連接放空閥及 氣動閥的上部管路，及通過杯底連通于樣品套外部并依次連接放空閥及氣動閥的

下部管路。上部管路和下部管路相并聯(lián)后再與真空泵管路相串聯(lián)。具體地，真空泵管路依次連接有氣動閥、放空閥與真空泵。由此，可以通過控制真空泵管路及上部管路中的氣動閥或放空閥的開關而對樣品杯的上部空間抽真空。同樣地，也可以通過控制真空泵管路及下部管路中的氣動閥或放空閥的開關而對樣品杯的下部空間抽真空。

進一步地，氣體管路還包括高壓管路。具體地，上部管路和下部管路并聯(lián)后與高壓管路的第一端連接，高壓管路的第二端與氣源口連接。由此，可以對樣品杯的上部空間或下部空間通入高壓氣體。

進一步地，在高壓管路上設有標準室及與標準室相連接的壓力傳感器。由此，可以通過標準室標定及平衡樣品杯中的壓力，并通過壓力傳感器測定相應的壓力值。

進一步地，在標準室與氣源口之間設有漏閥，在漏閥的兩側(cè)設有氣動閥。由此，標準室中的氣壓會因漏閥的存在而緩慢下降以達到預定值。

進一步地，在標準室與高壓管路的第一端之間設有氣動閥。由此，可以控制標準室中的氣壓達到預定值后再打開上述氣動閥，以使高壓氣體流向上部管路或下部管路中。

進一步地，氣動閥與氣體管路串聯(lián)，放空閥與氣體管路并聯(lián)。由此，氣動閥可以控制抽真空或高壓氣體的流向，而放空閥可以使管路接通大氣。

本發(fā)明提供的巖石孔隙率測定裝置，其優(yōu)點在于：(1)測量原理基于玻瑪定律，利用氣體法測定巖石骨架體積的原理，通過一次裝樣兩側(cè)抽真空即可測得巖石樣品骨架體積和巖石樣品總體積參數(shù)。(2)所采用的乳膠質(zhì)樣品套能任意變形，對樣品的形狀就沒有任何要求，改變了傳統(tǒng)的孔隙率測定流程。并為任意不規(guī)則形狀巖石樣品的孔隙率全自動測量帶來了方便。(3)上述裝置中所有閥門的打開和關閉均可以由計算機自動實現(xiàn)，無需手工操作。(4)乳膠質(zhì)樣品套不管是被拉伸了還在真空下收縮，其總體積不會發(fā)生變化，因此樣品套的變形不會對測定結果產(chǎn)生影響，減小了檢測誤差。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中：

圖1為本發(fā)明實施例的巖石孔隙率測定裝置的結構示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，一種巖石孔隙率測定裝置100包括：樣品杯1、設置于樣品杯的內(nèi)部用于包裹樣品的樣品套3以及連通于樣品杯的杯底2和杯蓋4的氣體管路。在氣體管路上連接有多個閥門v1至v9。在氣體管路上還連接有真空泵6、標準室7和壓力傳感器8。通過控制不同閥門之間的開關，真空泵6能對樣品杯的底部或上部抽真空；標準室7和壓力傳感器8配合以測定不同狀態(tài)下樣品杯1中的壓力值，進而計算出巖石5的孔隙率。

在本發(fā)明的一個具體的實施例中，v1至v9均為高精度閥門，其中v1、v6和v9為放空閥。放空閥與氣體管路并聯(lián)，當放空閥打開時氣體管路將與大氣連通。v2、v3、v4、v5、v7以及v8為氣動閥，氣動閥均串聯(lián)于氣體管路中，用于控制氣體管路中氣體的流通方向。

當對樣品杯1的上部空間抽真空時，如圖1所示，將閥門v1、v3、v6、v8關閉，閥門v9打開。上部空間抽真空可以使樣品套3緊密包裹樣品5。抽完真空后可以測定巖石樣品5的總體積。當對樣品杯1的下部空間抽真空時，將閥門v1、v7、v8打開，閥門v2、v3、v6、v9關閉。在這種情況下，真空泵6只會對樣品套3的下方空間抽真空，抽完真空樣品套3將會與樣品杯1緊貼，此時可以對巖石樣品的骨架體積進行測量。

下面對巖石孔隙率測定裝置100的使用過程進行說明。主要包括以下三個步驟：

步驟一，對巖石樣品總體積進行測定。首先，將巖石樣品5裝入樣品套3內(nèi)，壓緊樣品杯1的頂蓋。將閥門v1、v3、v6、v8以及v9關閉，打開閥門v2、v7，啟動真空泵6對樣品套3上方的空間連同巖石樣品5一起抽真空。由于樣品套3易于變形，抽真空后可以使樣品套3緊密包裹樣品5，樣品套3內(nèi)部將只有樣品的總體積存在。此時關閉閥門v2、v7，打開閥門v9，將樣品套3下方的空間通大氣，待平衡后再關閉閥門v9。

打開閥門v4和v5，由氣源口向標準室7內(nèi)充入氣體，使得標準室7內(nèi)的氣 體壓力超過設定值，關閉閥v5。此時，閥門v3至閥門v5之間的氣體管路及標準室7內(nèi)的氣壓會因漏閥9的存在而緩慢下降，當壓力達到預定值時，關閉閥門v4，打開閥門v3。之后，標準室7中的氣體將通過閥門v3和閥門v8流向樣品套3下方的樣品杯內(nèi)。待樣品杯1與標準室7之間的壓力平衡后，通過壓力傳感器8測定標準室7內(nèi)的壓力值。由于上述的壓力值與樣品套3下方樣品杯1內(nèi)部的空間呈一一對應的關系，因此，采用標準體積塊對儀器進行標定后就可以直接將壓力值換算成巖石樣品的總體積值。

步驟二，對巖石樣品骨架體積進行測定。待步驟一完成以后，打開閥門v1和v9，使樣品套3的上下兩端均通入大氣。平衡后關閉閥門v3和v9，啟動真空泵6對樣品套3的下方抽真空。此時，樣品套3會黏貼于樣品杯1的壁上，形成一個完整的杯狀空間。之后，關閉閥門v7、v8打開閥門v2，使上部管路通入大氣，待平衡后關閉閥門v1和v2。

同樣地，打開閥門v4和v5，由氣源口向標準室7內(nèi)充入氣體，使得標準室7內(nèi)的氣體壓力超過設定值，關閉閥v5。此時，閥門v3至閥門v5之間的氣體管路及標準室7內(nèi)的氣壓會因漏閥9的存在而緩慢下降，當壓力達到預定值時，關閉閥門v4，打開閥門v3。隨后，標準室7中的氣體將通過閥門v3和閥門v2流向樣品套3上方的樣品杯內(nèi)的空間。待樣品杯1與標準室7之間的壓力平衡后，通過壓力傳感器8測定標準室7內(nèi)的壓力值。由于上述的壓力值與樣品套3上方樣品杯1內(nèi)部的巖石樣品的骨架體積呈一一對應的關系，因此，采用標準體積塊對儀器進行標定后就可以直接將壓力值換算成巖石樣品的骨架體積值。

步驟三，根據(jù)巖石樣品的總體積值和巖石樣品的骨架體積值計算得出巖石樣品的空隙率。上述裝置中所有閥門的打開關閉以及計算過程均可以由計算機自動實現(xiàn)，無需手工操作

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內(nèi)的所有技術方案。