專利名稱：巖石物性參數(shù)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種巖石物性參數(shù)測試裝置，特別是對油氣儲層在常規(guī)和模擬地層壓力條件下采用瞬時脈沖進行滲透率和孔隙度等物理性質(zhì)測定和分析的裝置。
在現(xiàn)有技術(shù)中，如國產(chǎn)的常規(guī)滲透率測試儀和由美國巖芯公司進口的3020－144型滲透率測試儀等，一般由巖芯夾持器和提供圍壓的液壓源、提供巖芯孔隙壓力(內(nèi)力)的氣壓源以及測量壓力和流量的測量系統(tǒng)所組成，在穩(wěn)態(tài)情況(即壓力不隨時間變化)下，通過測量流體流經(jīng)巖樣的流量來測量滲透率?，F(xiàn)行的這種測試裝置的缺點在于測量是在低圍壓(1.2～1.4MPa)、低內(nèi)壓(0.8～1.0MPa)下用測量通過巖樣的滲流介質(zhì)的流量來進行滲透率的測定，對致密巖石的微小流量難以測量，致使所測定的滲透率的下限值不能低于10－5μm2；同時由于不能模擬地層壓力，使其測出的結(jié)果與現(xiàn)場實際偏離很大；而且只能在穩(wěn)態(tài)情況下進行測量，因而測量一塊樣品所需時間較長。
本實用新型的目的在于提供一種能夠模擬地層壓力并能測量低滲透儲層巖石的滲透率和孔隙度的巖石物性參數(shù)測量裝置。
為達到上述目的，本實用新型采用了以下方案在巖芯夾持器的上流，設(shè)置了能夠儲存脈沖壓力、準確計量脈沖壓力幅度的上流脈沖容器，在巖芯夾持器的下流設(shè)置了能夠觀測樣品下流壓力隨時間變化的下流脈沖容器；液壓源系采用高壓計量泵，氣壓源采用高壓氣瓶；上流脈沖容器與高壓氣瓶通過管線、閥門聯(lián)接，對巖芯提供模擬地層壓力的內(nèi)壓；高壓計量泵通過管線、閥門與巖芯夾持器聯(lián)接，對巖芯提供模擬地層上覆壓力的圍壓；在高壓氣瓶通向上流脈沖容器的管路上，并聯(lián)有體積補償器，用以在測量中、高滲透巖石時補充脈沖容器容積。在巖芯夾持器上，安裝了壓力傳感器，用以反映圍壓的變化，在上流脈沖容器和下流脈沖容器上亦安裝了壓力傳感器，它們可反映樣品上流或下流壓力的變化情況，上、下流脈沖容器上還安裝了反映脈沖容器容積變化的位移傳感器，通過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將所得數(shù)字信號輸入計算機。
當一個脈沖信號作用于巖芯夾持器樣品上部的上流脈沖容器內(nèi)，孔隙流動介質(zhì)在孔隙壓力和脈沖壓力驅(qū)動下穿過樣品進入下流脈沖容器時，可測出樣品上流或下流脈沖容器的壓力隨時間的變化特性，根據(jù)達西定理和流動介質(zhì)的一維擴散方程建立的數(shù)字模型即可計算樣品的滲透率；此外，還可根據(jù)玻一馬定律建立的數(shù)學模型計算其孔隙度。
與已有測量裝置相比，本實用新型的特點在于(1)由于該裝置能模擬地層壓力(圍壓可達60MPa，內(nèi)壓可達0～20MPa)，其滲透率和孔隙度值更接近于現(xiàn)場實際；(2)測試裝置中設(shè)置了上、下流脈沖容器，利用巖樣上、下流壓力隨時間的變化來測量滲透率，避免了常規(guī)方法測量微小流量的困難，因而可測量下限低到10－9μm2的滲透率；同時也避免了常規(guī)測量要求在穩(wěn)態(tài)下測定而耗費時間長的缺點；而且采用計算機控制，測量精度高，測量速度快。與已有儀器相比，提高功效23倍左右。(3)該裝置可對同一樣品測量孔隙度和滲透率兩個參數(shù)，克服了現(xiàn)行常規(guī)裝置采用不同儀器、不同樣品分別測試孔隙度與滲透率造成的數(shù)據(jù)相關(guān)性差的弊端，且縮短了分析周期。


如下圖1是本裝置的平面布置圖；圖2是脈沖容器(12)、(6)的剖視圖；圖3是巖芯夾持器(2)的剖視圖。
以下結(jié)合附圖說明本實用新型的最佳實施例。
圖1示出了本裝置的平面布置情況。巖芯夾持器(2)通過管線，閥門與高壓計量泵(1)相聯(lián)，由高壓計量泵提供0～60.0MPa的圍壓；巖芯夾持器(2)兩端分別通過管線、閥門與上流脈沖容器(12)下流脈沖容器(6)相聯(lián)；上流脈沖容器(12)通過管線、閥門與高壓氣瓶(11)聯(lián)接，由高壓氣瓶(11)提供0～20.0MPa的孔隙介質(zhì)壓力；在巖芯夾持器(2)側(cè)面安裝了壓力傳感器(3)，用以反映圍壓的變化；在上流脈沖容器(12)上安裝了壓力傳感器(13)，下流脈沖容器(6)上安裝了壓力傳感器(5)，它們可反映樣品上流或下流壓力的變化情況，上述三個傳感器將采集到的信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換后，分別在數(shù)字顯示器(9)、(7)、(8)顯示出來并輸入計算機(10)進行控制和計算結(jié)果。在測量中、高滲透巖芯時，上流脈沖容器(12)與高壓氣瓶(11)的管路上并聯(lián)安裝了體積補償容器(19)、(20)、(21)，視測量范圍不同分別補充脈沖容器(12)的體積，體積補償容器(19)、(20)、(21)的容積分別為20～40毫升，300～400毫升，800～1000毫升。
圖2示出了上流脈沖容器(12)、下流脈沖容器(6)的結(jié)構(gòu)。它由筒體(22)、活塞(23)、活塞桿(26)、上端蓋(24)、下端蓋(27)、手輪(28)、滑塊(31)、導向桿(30)組成，活塞(23)上有一組密封環(huán)(25)，上端蓋(24)、下端蓋(27)通過螺紋與筒體(22)相聯(lián)接；活塞桿(26)帶有絲扣，與套環(huán)(32)的絲扣相配合，套環(huán)(32)與手輪(28)聯(lián)接在一起，當轉(zhuǎn)動手輪(28)時，即可使活塞桿(26)上、下移動，用以調(diào)節(jié)脈沖容器體積。脈容器筒體(22)的側(cè)面安裝了一個導向桿(30)，當手輪(28)帶動套環(huán)(32)轉(zhuǎn)動時，它可防止活塞(23)同時轉(zhuǎn)動而導致密封環(huán)(25)損壞。在導向桿(30)上有一可移動的滑塊(31)，其一端與活塞桿(26)相聯(lián)，另一端與位移傳感器(29)相聯(lián)，當轉(zhuǎn)動手輪(28)時，活塞桿(26)上、下移動，在滑塊(31)的作用下，同時帶動位移傳感器(29)的鐵芯移動，通過位移傳感器的移動測出移動長度L，再根據(jù)容器直徑算出所調(diào)的體積V。
當打開氣源閥時，高壓氣瓶(11)供給的高壓氣體由孔(33)進入上流脈沖容器(12)，并流經(jīng)巖芯夾持器(2)和下流脈沖容器(6)，接著關(guān)閉氣源閥，使整個裝置進入初始壓力平衡態(tài)，壓力傳感器(13)、(5)計量并通過顯示器(7)、(8)顯示孔隙介質(zhì)的初始壓力，然后關(guān)閉脈沖閥(14)和連通閥(4)，打開氣源閥，壓力傳感器(13)計量上流脈沖容器(12)的壓力，待上流脈沖容器壓力增加幅度為1.0～2.0MPa時，關(guān)閉氣源閥，迅速打開脈沖閥(14)，上流脈沖容器即向巖芯夾持器(2)中的巖樣(40)提供幅度為1.0～2.0MPa的脈沖壓力。
圖3示出了巖芯夾持器(2)的結(jié)構(gòu)。筒體(39)的一端裝有上端蓋(42)、上端塞(43)，上端塞(43)朝向筒體(39)內(nèi)腔的一端套有膠皮筒(41)，它用邵氏硬度為70～75的氯丁橡膠制成；筒體(39)的另一端裝有下端蓋(37)、下端塞(36)，下端塞(36)內(nèi)裝有滑套(35)；上端塞(43)上裝有密封環(huán)(44)，下端塞(36)上裝有密封環(huán)(46)，滑套(35)上裝有密封環(huán)(47)，這樣，在筒體(39)與膠皮筒(41)之間就形成了一個儲存圍壓的環(huán)形空間。在膠皮筒(41)內(nèi)，裝入巖芯(40)和塞芯(38)，這樣又形成了一個裝有巖芯的內(nèi)部空間。由高壓計量泵(1)輸來的高壓液體通過孔(45)進入筒體(39)與膠皮筒(41)之間的環(huán)形空間時，就建立起了模擬地層上覆壓力的圍壓，當由脈沖容器來的工作介質(zhì)通過不銹鋼管(34)進入巖芯時，就可建立起所需要的孔隙壓力。滑動塞芯(38)，可調(diào)節(jié)巖芯的長度，以適應任何長度的巖芯。
下面簡要說明該裝置在測試巖石物性參數(shù)時的操作過程
(一)低滲透巖石物性參數(shù)的測試1.將處理好的待測樣品裝入巖芯夾持器的膠皮筒(41)中；2.施加所要求的巖石上覆壓力(圍壓)；3.通過計算機鍵盤將基礎(chǔ)參數(shù)輸入計算機；4.按照測量要求正確設(shè)置各閥門及三通的通斷位置；5.施加孔隙介質(zhì)壓力，經(jīng)脈沖容器(12)穿過樣品(40)進入下流脈沖容器(6)，使整個系統(tǒng)處于某一設(shè)定的平衡壓力值。
6.孔隙度測試a、計算機顯示并記錄初始平衡壓力；b、關(guān)閉連通閥(4)、脈沖閥(14)、關(guān)閉閥(15)、作用脈沖壓力△P，計算機記錄并顯示此時脈沖容器壓力值；c、打開脈沖閥(14)，視巖芯下流壓力開始變化瞬間打開連通閥(4)，記錄此刻新的平衡態(tài)壓力值，并內(nèi)存于計算機中待最后輸出孔隙度計算結(jié)果。
7.滲透率的測試a、將測試系統(tǒng)調(diào)至所要求的平衡態(tài)，記錄此時的平衡壓力；b、關(guān)閉閥(14)和(4)，對巖樣上流脈沖容器(12)施加1.0～2.0MPa的脈沖壓力，然后打開閥(14)讓脈沖壓力作用于樣品的上流端，幾秒鐘后(自動延時)由計算機控制進行采樣；c、計算機以不同的時間間隔對巖樣上、下流脈沖容器壓力進行實時采樣，記錄并計算出滲透率值。
8.輸出實測結(jié)果。
(二)、中、高滲透率巖石物性參數(shù)測試(1)測定1－30×10－3μm2滲透率巖芯時，打開閥(15)、(16)，其余步驟同1－8；(2)測定30－300×10－3μm2滲透率巖芯時，打開閥(15)、(17)，其余步驟同1－8；(3)測定300－1000×10－3μm2滲透率巖芯時，打開閥(15)、(18)，其余步驟同1－8。
權(quán)利要求1.一種巖石物性參數(shù)測試裝置，包括巖芯夾持器(2)、對巖芯提供圍壓的液壓源，對巖芯提供孔隙壓力的氣壓源以及測量系統(tǒng)，其特征在于，在巖芯夾持器(2)的上流，設(shè)置了能夠儲存脈沖壓力、準確計量脈沖壓力幅度的上流脈沖容器(12)，在巖芯夾持器(2)的下流，設(shè)置了能夠觀測樣品下流壓力隨時間變化的下流脈沖容器(6)，液壓源系采用高壓計量泵(1)，氣壓源采用高壓氣瓶(11)，上流脈沖容器(12)與高壓氣瓶(11)通過管線、閥門聯(lián)接，對巖芯提供模擬地層壓力的內(nèi)壓，高壓計量泵(1)通過管線、閥門與巖芯夾持器(2)聯(lián)接，對巖芯提供模擬地層上覆壓力的圍壓，在高壓氣瓶(11)通向上流脈沖容器(12)的管路上，并聯(lián)有體積補償器(19)、(20)、(21)，用以在測量中、高滲透巖石時補充脈沖容器的容積，在巖芯夾持器(2)上，安裝了壓力傳感器(3)，用以反映圍壓的變化，在上流脈沖容器(12)上安裝了壓力傳感器(13)，下流脈沖容器(6)上安裝了壓力傳感器(5)，它們可反映樣品上流或下流壓力的變化情況，上流脈沖容器(12)和下流脈沖容器(6)上還安裝了反映脈沖容器容積變化的位移傳感器(29)，通過信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將所得數(shù)字信號輸入計算機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石物性參數(shù)測試裝置，其特征在于，上流脈沖容器(12)和下流脈沖容器(6)，由筒體(22)、活塞(23)、活塞桿(26)、上端蓋(24)、下端蓋(27)、手輪(28)、滑塊(31)、導向桿(30)組成，活塞(23)上有一組密封環(huán)(25)，上端蓋(24)、下端蓋(27)通過螺紋與筒體(22)聯(lián)接，活塞桿(26)帶有絲扣，與套環(huán)(32)的絲扣相配合，套環(huán)(32)與手輪(28)聯(lián)接在一起，當轉(zhuǎn)動手輪(28)時，即可使活塞桿(26)上、下移動，用以調(diào)節(jié)脈沖容器的體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的巖石物性參數(shù)測試裝置，其特征在于，脈沖容器筒體(22)的側(cè)面安裝了一個導向桿(30)，當手輪(28)帶動套環(huán)(32)轉(zhuǎn)動時，它可防止活塞(23)同時轉(zhuǎn)動而導致密封環(huán)(25)損壞，在導向桿(30)上有一可移動的滑塊(31)，其一端與活塞桿(26)相聯(lián)，另一端與位移傳感器(29)相聯(lián)，當轉(zhuǎn)動手輪(28)時，活塞桿(26)上、下移動，在滑塊(31)的作用下，同時帶動位移傳感器(29)的鐵芯移動，通過位移傳感器的移動測出移動長度，從而計算出所調(diào)的體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石物性參數(shù)測試裝置，其特征在于，體積補償器(19)、(20)、(21)的容積依次為20～40毫升，300～400毫升，800～1000毫升。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石物性參數(shù)測試裝置，其特征在于，巖芯夾持器(2)的筒體(39)的一端，裝有上端蓋(42)、上端塞(43)，上端塞(43)朝向筒體(39)內(nèi)腔的一端套有膠皮筒(41)，它用邵氏硬度為70～75的氯丁橡膠制成，筒體(39)的另一端裝有下端蓋(37)、下端塞(36)，下端塞(36)內(nèi)裝有滑套(35)，上端塞(43)上裝有密封環(huán)(44)，下端塞(36)上裝有密封環(huán)(46)，滑套(35)上裝有密封環(huán)(47)，這樣，在筒體(39)與膠皮筒(41)之間就形成了一個儲存圍壓的環(huán)形空間，在膠皮筒(41)內(nèi)裝入巖芯(40)和塞芯(38)，這樣又形成了一個裝有巖芯的內(nèi)部空間。
專利摘要本實用新型涉及一種巖石物性參數(shù)測試裝置，它由巖石夾持器(2)、上流脈沖容器(12)、下流脈沖容器(6)，提供巖芯圍壓的高壓計量泵(1)，提供巖芯孔隙介質(zhì)壓力的高壓氣瓶(11)以及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等組成。該裝置可對同一樣品測定滲透率和孔隙度，并能在模擬地層壓力的條件下，利用巖樣上流或下流壓力隨時間的變化來進行測量，避免了常規(guī)測量微小流量的困難，從而可測低滲致密巖石的滲透率。該裝置測試迅速、準確、功效高。
文檔編號G01N15/08GK2188205SQ9323943
公開日1995年1月25日 申請日期1993年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月22日
發(fā)明者高家碧, 易敏, 孫良田, 蒲正剛 申請人:西南石油學院