CN101413870A - 一种测量岩石渗透率的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量岩石渗透率的实验装置及方法，该装置包括筒(1)，恒温水浴(2)，环压(3)，岩心夹持器(4)，盛油容器(5)，盛水容器(6)，六通阀(7)，高压氮气钢瓶(8)，光电断续器(9)，光纤管(10)，单片机，显示器，所述光电断续器以一定等间距放置，并与单片机相连，单片机与显示器相连，该测量方法是通过液体经过等间距光电断续器的时间来计算液体的流速，从而得到岩石的渗透率。本发明具有精度高、测试速度快、操作简便的优点。

Description

一种测量岩石渗透率的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种石油与天然气勘探开发中对岩石的油层物理性质进行测量的实验装置及方法，具体地说涉及一种测量岩石低渗透率的实验装置及方法。

背景技术

根据渗透率的定义：有压力差时岩石允许液体及气体通过的性质称为岩石的渗透性，渗透率是岩石渗透性的数量表示。它表征了油气通过地层岩石流向井底的能力，单位是平方米(或平方微米)。这是储层岩石最基本的宏观参数，为开发油、气田所必需。岩石渗透率测量技术与装置，在1856年就已经由法国科学家达西开始进行实验研究，以后，国内外的专家们不断进行了改进和完善。历经一百多年，虽然渗透率测量技术有了很大发展，但普遍存在测试精度低、操作繁琐、手工计算等缺点。尤其是随着油田勘探开发难度的不断加大，低渗透岩石样品的渗透率测试越来越多，而目前这方面的实验装置很少，大多趋于简单，自动化程度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种精度高、测试速度快、操作简便、自动化程度高的岩石低渗透率测量装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明测量岩石低渗透率的实验装置包括筒，恒温水浴，环压，岩心夹持器，盛油容器，盛水容器，六通阀，高压氮气钢瓶，光电断续器，光纤管，单片机，显示器，光电断续器以一定等间距放置，并与单片机相连，单片机与显示器相连。

所述光电断续器由发送器，接收器，检测电路，发射板和光导纤维构成。

所述的光电断续器中的接收器由光电二极管或光电三极管组成。

所述的单片机是一种带4K字节可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。

所述的单片机带有锁存器，该锁存器是带三态缓冲输出的8D触发器。

所述的显示器是LED数码管。

所述的LED数码管是8位数码管，从右到左分别显示0.01秒，0.1秒，1秒，10秒，1分，10分，1小时，10小时。

本发明测量岩石低渗透率的方法包括如下步骤：将岩石用真空泵在一定负压下抽空，用标准盐水饱和，将岩心放入岩心夹持器中，先打开环压，然后打开氮气钢瓶，从容器中挤入实验用原油，直到原油流出为止，通过液体经过等间距光电断续器的时间来计算液体的流速，从而得到岩石的低渗透率。

所述的光电断续器和单片机按照如下步骤进行测量：当液体通过光电断续器时，光电断续器发出一低电平脉冲信号送至单片机，单片机开始计时，当液体通过第二个光电断续器时，光电断续器也发出一低电平脉冲信号送至单片机，单片机暂停计时，把这一段的时间保存到单片机的内部存储器中，随后单片机继续计时，液体再通过下一个光电断续器的时候再记录一个时间，由相应的距离和对应的时间计算液体的流速。

本发明的岩石渗透率测量装置与方法与现有技术相比具有如下优点：

1、该岩石渗透率测量装置采用了光电断续器发出脉冲信号，单片机计时，因而提高了测量的精度与灵敏度。

2、该岩石渗透率测量装置采用了8位LED数码管显示器，可以实现动态显示时间，避免了人工计量的误差。

附图说明

图1是本发明测量装置的流程图；

图2是本发明测量装置中的光电断续器原理图；

图3是本发明测量装置中的光电断续器电路图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了测量岩石低渗透率的实验装置的流程图，包括筒1，恒温水浴2，环压3，岩心夹持器4，盛油容器5，盛水容器6，六通阀7，高压氮气钢瓶8，光电断续器9，光纤管10，单片机，显示器，以2cm为间距放置一定数量的光电断续器，通过实验设备将岩石用真空泵在一定负压下抽空，用标准盐水饱和，将岩心放入岩心夹持器中，先打开环压，然后打开氮气瓶，从容器中挤入实验用原油，直到原油流出为止，通过液体经过等间距光电断续器的时间来计算液体的流速。

图2示出了光电断续器的原理图。本装置选用的光电断续器的型号为EE-SX398，由欧姆龙公司推出的光电断续器，光电断续器在一般情况下，由三部分构成，它们分别为：发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)和激光二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器由光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电断续器的结构元件中还有发射板和光导纤维。其测量范围是5米-25米。

图3示出了光电断续器的电路图，图中的电位器的可调节阻值为0-5KΩ，用来调节光电断续器的灵敏度，当有液体通过光电断续器时，光电断续器的4管脚发出一低电平脉冲信号，此时的LED二极管闪亮，光电断续器的输出统一接到CD4068——8输入与门电路，消除光电断续器之间的信号干扰，从CD4068出来的低电平信号送至单片机的P3.3管脚，单片机触发外中断。本装置选用ATMEL公司的AT89C51作为控制芯片，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：(1)与MCS-51兼容，(2)4K字节可编程闪烁存储器，(3)可以1000写/擦循环，(4)数据可保留10年，(5)0Hz-24Hz全静态工作，(6)三级程序存储器锁定，(7)128*8位内部RAM，(8)32可编程I/O线，(9)两个16位定时器/计数器，(10)5个中断源，(11)可编程串行通道，(12)低功耗的闲置和掉电模式，(13)片内振荡器和时钟电路。

由于要显示在LED数码管上，在显示的过程中要实现动态显示，就需要加入锁存器将当前显示的数据进行锁存，单片机系统中常用的地址锁存器芯片74LS373以及CMOS的74HC373，是带三态缓冲输出的8D触发器。对74LS373，当三态门使能信号OC为低电平时，三态门导通，允许Q0-Q7输出，OC为高电平时，输出悬空。当74LS373用作锁存器时，应使OC为低电平导通输出，此时锁存使能端C为高电平时，输出Q0-Q7状态与输入端D1-D7状态相同；当C发生负跳变时，输入端D0-D7数据锁入Q0-Q7。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种测量岩石低渗透率的实验装置，包括筒(1)，恒温水浴(2)，环压(3)，岩心夹持器(4)，盛油容器(5)，盛水容器(6)，六通阀(7)，高压氮气钢瓶(8)，其特征在于：该装置还包括光电断续器(9)、光纤管(10)、单片机、显示器，所述光电断续器以一定等间距放置，并与单片机相连，单片机与显示器相连。

2、如权利要求1所述的测量岩石低渗透率的实验装置，其特征在于：所述的光电断续器由发送器，接收器，检测电路，发射板和光导纤维构成。

3、如权利要求2所述的测量岩石低渗透率的实验装置，其特征在于：所述的光电断续器中的接收器由光电二极管或光电三极管组成。

4、如权利要求1或2或3所述的测量岩石低渗透率的实验装置，其特征在于：所述的单片机是一种带4K字节可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器。

5、如权利要求4所述的测量岩石低渗透率的实验装置，其特征在于：所述的单片机带有锁存器，该锁存器是带三态缓冲输出的8D触发器。

6、如权利要求5所述的测量岩石低渗透率的实验装置，其特征在于：所述的显示器是LED数码管。

7、如权利要求6所述的测量岩石低渗透率的实验装置，其特征在于：所述的LED数码管是8位数码管，从右到左分别显示0.01秒，0.1秒，1秒，10秒，1分，10分，1小时，10小时。

8、一种采用前述任意一项权利要求的测量岩石低渗透率实验装置的实验方法，其特征在于包括如下步骤：将岩石用真空泵在一定负压下抽空，用标准盐水饱和，将岩心放入岩心夹持器中，先打开环压，然后打开氮气钢瓶，从容器中挤入实验用原油，直到原油流出为止，通过液体经过等间距光电断续器的时间来计算液体的流速，从而得到岩石的低渗透率。

9、如权利要求8所述的实验方法，其特征在于所述的光电断续器和单片机按照如下步骤进行测量：当液体通过光电断续器时，光电断续器发出一低电平脉冲信号送至单片机，单片机开始计时，当液体通过第二个光电断续器时，光电断续器也发出一低电平脉冲信号送至单片机，单片机暂停计时，把这一段的时间保存到单片机的内部存储器中，随后单片机继续计时，液体再通过下一个光电断续器的时候再记录一个时间，由相应的距离和对应的时间计算液体的流速。

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