巖石全自動(dòng)氣體滲透率測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明有涉及一種巖石氣體滲透率測(cè)試系統(tǒng)及方法,特別是一種巖石全自動(dòng)氣體 滲透率測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 滲透率表征了巖石空隙內(nèi)流體的流動(dòng)能力,是儲(chǔ)層巖石的一個(gè)重要物性參數(shù)。
[0003] 目前常規(guī)的巖石滲透率測(cè)試方法有液體測(cè)量法和氣體測(cè)量法,兩種方法都是基于 Darcy定律。但氣體測(cè)量法與液體測(cè)量法相比,動(dòng)力粘度系數(shù)更小,相同條件下氣體滲透率 測(cè)試時(shí)間更短,因此多采用惰性氣體作為巖石滲透率測(cè)試介質(zhì)。
[0004] 常用的滲透率測(cè)試方法主要為穩(wěn)態(tài)法和壓力脈沖法。壓力脈沖法對(duì)壓力表精度要 求較高,測(cè)試時(shí)間長(zhǎng),而對(duì)于中高滲巖樣來(lái)說(shuō),采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)試巖石滲透率時(shí)間較短,因此 穩(wěn)態(tài)法廣泛用于石油工業(yè)滲透率測(cè)試。
[0005] 致密巖石由于其結(jié)構(gòu)致密,較低滲透壓力作用下導(dǎo)致流體流動(dòng)速率小,使得通過(guò) 巖樣的流量過(guò)小,普通巖石氣體滲透率測(cè)試系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量和測(cè)定氣體流量,進(jìn)而難以 準(zhǔn)確測(cè)得滲透率。另一方面,已有的巖石氣體滲透率測(cè)試裝置自動(dòng)化程度較低,多靠人為讀 取壓力表及流量計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)而計(jì)算得到巖石滲透率,在耗費(fèi)大量人力物力的同時(shí),也影響了 試驗(yàn)結(jié)果的客觀性。此外,現(xiàn)有巖石氣體滲透率測(cè)試裝置不能提供三軸壓縮應(yīng)力,無(wú)法全面 探究軸壓、圍壓、靜水壓力及滲透壓力對(duì)巖石滲透率的影響規(guī)律,這些都大大制約了穩(wěn)態(tài)法 在致密巖石介質(zhì)滲流規(guī)律研究中的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 發(fā)明目的,本發(fā)明的目的是要提供一種巖石全自動(dòng)氣體滲透率測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)算方 法,解決現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量壓力范圍小,試驗(yàn)周期長(zhǎng),測(cè)試精度差,測(cè)量結(jié)果客觀性較低的問(wèn) 題。
[0007] 技術(shù)方案,本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的,巖石全自動(dòng)氣體滲透率測(cè)試系統(tǒng)包括:滲 流氣體增壓系統(tǒng)、三軸巖心夾持裝置、恒速恒壓栗加壓裝置、高/中/低出口氣體流量計(jì)及數(shù) 據(jù)采集處理系統(tǒng);
[0008] 空壓機(jī)與滲流氣體增壓系統(tǒng)連接,氮?dú)馄客ㄟ^(guò)控制閥與滲流氣體增壓系統(tǒng)連接, 滲流氣體增壓系統(tǒng)的輸出通過(guò)緩沖容器同時(shí)與低壓減壓閥或高壓減壓閥連接,滲流氣體增 壓系統(tǒng)、空壓機(jī),氮?dú)馄客ㄟ^(guò)控制閥輸出氮?dú)?,加壓后的氮?dú)夥€(wěn)壓存入緩沖容器中,通過(guò)低 壓減壓閥或高壓減壓閥調(diào)整至設(shè)定值;
[0009] 低壓減壓閥和高壓減壓閥分別與第一連通閥和第二連通閥連接,在低壓減壓閥、 高壓減壓閥和第一連通閥、第二連通閥之間連接有第一氣體壓力表與第二氣體壓力表,第 一連通閥、第二連通閥輸出端與三軸巖心夾持裝置連接,在第一連通閥、第二連通閥和三軸 巖心夾持裝置之間連接有第一壓力傳感器,第一氣體壓力表與第二氣體壓力表實(shí)時(shí)顯示壓 力值,通過(guò)開(kāi)關(guān)或閉合連通閥與將氣體壓力輸送至三軸巖心夾持裝置內(nèi),輸入的滲透氣體 壓力由第一壓力傳感器實(shí)時(shí)傳入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng);
[0010] 三軸巖心夾持裝置內(nèi)放置有待測(cè)巖心;
[0011] 恒速恒壓栗能提供穩(wěn)定的流體壓力,恒速恒壓栗通過(guò)圍壓閥與三軸巖心夾持裝置 相連通,在圍壓閥與三軸巖心夾持裝置之間連接有第二壓力傳感器,恒速恒壓栗為待測(cè)巖 心施加圍壓,圍壓由第二壓力傳感器實(shí)時(shí)傳入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng);
[0012] 恒速恒壓栗通過(guò)軸壓閥與三軸巖心夾持裝置相連通,在軸壓閥與三軸巖心夾持裝 置之間連接有第三壓力傳感器;恒速恒壓栗為待測(cè)巖心施加軸壓,軸壓由第三壓力傳感器 實(shí)時(shí)傳入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng);
[0013] 三軸巖心夾持裝置出口端通過(guò)第一氣體流量計(jì)、第二氣體流量計(jì)和第三氣體流量 計(jì)與大氣相連通,三個(gè)氣體流量計(jì)的量程不同,同時(shí),三個(gè)氣體流量計(jì)與數(shù)據(jù)采集、處理系 統(tǒng)相連通;數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)綜合處理并儲(chǔ)存巖心氣體滲透壓力、圍壓、軸壓及出口氣體流 量。
[0014] 所述的三軸巖心夾持裝置內(nèi)放置有待測(cè)巖心,待測(cè)巖心的環(huán)向通過(guò)圍壓加載系統(tǒng) 加載有圍壓,待測(cè)巖心的軸向通過(guò)圍壓加載系統(tǒng)加載有軸壓,待測(cè)巖心的左端通過(guò)滲流氣 體增壓系統(tǒng)加載有氣體滲流壓,待測(cè)巖心的右端通過(guò)高/中/低出口氣體流量計(jì)與大氣連 通,待測(cè)巖心滲透率通過(guò)數(shù)據(jù)采集、處理軟件自動(dòng)計(jì)算得出。
[0015] 進(jìn)一步完善上述技術(shù)方案,所述滲流氣體增壓系統(tǒng)包括:空壓機(jī)、氣源瓶、緩沖容 器及氣壓調(diào)節(jié)裝置,所述氣源瓶提供惰性滲透氣體,滲透氣體通過(guò)所述空壓機(jī)增壓,巖心氣 體滲透壓通過(guò)所述氣壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)整至設(shè)定值,氣體增壓系統(tǒng)通過(guò)氣壓調(diào)節(jié)裝置與三軸巖 心夾持裝置的入口端相連,氣體增壓系統(tǒng)為三軸巖心夾持裝置提供穩(wěn)定滲透氣壓,氣體增 壓系統(tǒng)最大氣體輸出壓力為48MPa。
[0016] 進(jìn)一步完善上述技術(shù)方案,所述三軸巖心夾持裝置內(nèi)放有待測(cè)巖心,所述待測(cè)巖 心大小滿足國(guó)際巖石力學(xué)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),三軸巖心夾持裝置通過(guò)氣體增壓系統(tǒng)為待測(cè)巖心施加 滲透氣壓,三軸巖心夾持裝置通過(guò)恒速恒壓栗加壓系統(tǒng)為待測(cè)巖心施加恒定圍壓及軸壓。
[0017] 進(jìn)一步完善上述技術(shù)方案,所述的恒速恒壓栗通過(guò)圍壓閥為三軸巖心夾持裝置提 供穩(wěn)定圍壓,進(jìn)而為待測(cè)巖心施加恒定圍壓,恒速恒壓栗通過(guò)軸壓閥為三軸巖心夾持裝置 提供穩(wěn)定軸壓,進(jìn)而為待測(cè)巖心施加恒定軸壓;的恒速恒壓栗加壓系統(tǒng)壓力輸出范圍為〇~ 60MPa,亦即待測(cè)巖心所受軸壓及圍壓范圍為0~60MPa。
[0018] 進(jìn)一步完善上述技術(shù)方案,所述高/中/低出口氣體流量計(jì)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng), 包括5SCCm、10〇 SCCm和3000SCCm三個(gè)不同測(cè)量精度氣體流量計(jì),能夠同時(shí)滿足低滲及高滲 透率巖心滲透率測(cè)試要求;所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),采用window下VB自主編程開(kāi)發(fā),可實(shí)時(shí) 采集測(cè)試并存儲(chǔ)圍壓、軸壓、測(cè)試氣體滲流壓力、氣體流量值,并采用內(nèi)置算法自動(dòng)識(shí)別氣 體滲流穩(wěn)定狀態(tài)并計(jì)算所述測(cè)試巖心氣體滲透率,同時(shí)可以和壓力/體積控制器進(jìn)行數(shù)據(jù) 通信,集中控制圍壓及軸壓。
[0019] 巖石全自動(dòng)氣體滲透率測(cè)算方法,包括如下步驟:
[0020] (1)選取天然巖石,將巖心加工為符合國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)試驗(yàn)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)尺寸的待 測(cè)巖心,測(cè)量并記錄試樣的直徑和高度;
[0021] (2)將巖心用專(zhuān)用橡膠套裝好后放入三軸巖心夾持裝置內(nèi),旋緊三軸巖心夾持裝 置的氣體進(jìn)出口接觸端,裝好巖心的三軸巖心夾持裝置密封性較好,氣體進(jìn)出口接觸端與 巖心接觸緊密;
[0022] (3)打開(kāi)巖石全自動(dòng)氣體滲透率測(cè)試系統(tǒng),錄入巖心尺寸及試驗(yàn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 參數(shù),開(kāi)始巖心氣體滲透測(cè)試;
[0023] (4)打開(kāi)圍壓閥,按照試驗(yàn)方案,通過(guò)恒速恒壓栗對(duì)巖心施加圍壓至設(shè)定值〇3,隨 后關(guān)閉圍壓閥,打開(kāi)軸壓閥,通過(guò)恒速恒壓栗對(duì)巖心施加軸壓至設(shè)定值〇:,此后,巖心所受 軸壓及圍壓均穩(wěn)定保持在試驗(yàn)設(shè)定值;
[0024] (5)在滲透氣體無(wú)泄漏的條件下,通過(guò)氣體增壓系統(tǒng)將氣體壓力增大,略超過(guò)試驗(yàn) 設(shè)定最大值,并存儲(chǔ)于緩沖容器中;
[0025] (6)根據(jù)試驗(yàn)氣壓范圍,選擇高壓或低壓減壓閥調(diào)節(jié)氮?dú)鉂B透壓力;
[0026] (7)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中操作界面上的"開(kāi)始"按鈕,系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)氣體出口 端氣體流量,自動(dòng)識(shí)別巖石滲流穩(wěn)定狀態(tài),并計(jì)算得到穩(wěn)定后巖心氣體滲透率后,系統(tǒng)自動(dòng) 保存滲透率測(cè)算結(jié)果并暫停;
[0027] (8)重復(fù)步驟(3)~(7),分別進(jìn)行不同應(yīng)力條件下巖心滲透率測(cè)試試驗(yàn),記錄試驗(yàn) 結(jié)果;
[0028] (9)完成試驗(yàn)后,點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中操作界面上的"結(jié)束"按鈕,并導(dǎo)出試驗(yàn) 結(jié)果。
[0029] 有益效果,由于采用了上述方案,該巖石全自動(dòng)氣體滲透率測(cè)試系統(tǒng)包括氣體增 壓系統(tǒng),極大增大了氣體滲透壓力測(cè)試范圍,為低滲巖心石滲透率穩(wěn)態(tài)法測(cè)試提供了基礎(chǔ), 結(jié)合三個(gè)不同測(cè)量精度氣體流量計(jì),能夠同時(shí)滿足高滲透率巖石、低滲透率巖石及極低滲 透率巖石的滲透率測(cè)試要求。系統(tǒng)內(nèi)三軸巖心夾持裝置,能同時(shí)為待測(cè)巖心施加穩(wěn)定軸壓 及圍壓,可以滿足巖石在三軸壓力條件下滲透率特性研究及測(cè)試要求。系統(tǒng)由自主開(kāi)發(fā)數(shù)