发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题,提供一种孔隙度测定实验设计方法及其设计系统,在实验室进行泥页岩孔隙度测定过程中,针对不同的岩心,对实验设计的参数进行一系列的优化,从而提高测量精度。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的:
一种孔隙度测定实验设计方法,其特征在于:包括如下具体步骤:
输入测定实验所要求达到的灵敏度Y,岩心体积Vy和实验所采用的压力表的量程[Pmin,Pmax];
根据所输入参数,确定:将岩心放入岩心室后,注入初始压力Py3=Pmax,关闭岩心室阀门参考室内稳定压力Pc3=Pmax,所取出标准块的体积Vb=Vy;
根据所述参数Pc3、Py3、Vb、Vy,依据公式
建立灵敏度Y与参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2之间的拟合函数;其中,岩心孔隙度f取1;
依据所述测定实验所要求达到的灵敏度Y,根据所述拟合函数,切片获得参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2的取值范围。
所述参数Pc3不取Pmax,而取标准大气压。
当预先知道岩心的大致孔隙度f0时,还包括以下步骤:
输入岩心大致孔隙度f0;
建立灵敏度Y与参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2之间的拟合函数中,所述岩心孔隙度f取f0。
当预先知道岩心的孔隙度范围[fmin,fmax]时,还包括以下步骤:
输入岩心的孔隙度范围[fmin,fmax];
建立灵敏度Y与参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2之间的拟合函数中,所述岩心孔隙度f取fmid=(fmin+fmax)/2。
一种孔隙度测定实验设计系统,其特征在于,包括:参数输入模块、参数选取模块、拟合函数生成模块、取值范围生成模块;
所述参数输入模块,用于输入测定实验所要求达到的灵敏度Y,岩心体积Vy和实验所采用的压力表的量程[Pmin,Pmax];
所述参数选取模块,用于根据参数输入模块所输入的参数,确定:将岩心放入岩心室后,注入初始压力Py3=Pmax,关闭岩心室阀门参考室内稳定压力Pc3=Pmax,所取出标准块的体积Vb=Vy;
所述拟合函数生成模块,用于根据参数Pc3、Py3、Vb、Vy,依据公式 建立灵敏度Y与参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2之间的拟合函数;其中,岩心孔隙度f取1;
所述取值范围生成模块,用于依据所述测定实验所要求达到的灵敏度Y,根据所述拟合函数生成模块所生成的拟合函数,切片获得参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2的取值范围。
所述参数输入模块的参数Pc3不取Pmax,而取标准大气压。
当预先知道岩心的大致孔隙度f0时,该实验设计系统中:
所述参数输入模块输入岩心大致孔隙度f0;
所述拟合函数生成模块中的岩心孔隙度f取f0。
当预先知道岩心的孔隙度范围[fmin,fmax]时,该实验设计系统中:
所述参数输入模块输入岩心的孔隙度范围[fmin,fmax];
所述拟合函数生成模块中的岩心孔隙度f取fmid=(fmin+fmax)/2。
通过本发明实施例所提供的孔隙度测定实验设计方法及设计系统,可以有效地保证整个实验的灵敏度要求,对实验人员合理的设计相关实验有着指导性的意义。
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明白,下面结合实施方式和附图,对本发明做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
如前所述,目前常用的孔隙度测定实验是根据波意尔-马略特定律原理设计而成。当温度不变时,一定质量的气体体积与压强的乘积是一个恒值,即P0*V0=P1*V1如果使P0和V0固定当V1改变时,只要测得P1的值就能计算出V1的变化。
如图1所示孔隙度测定实验系统,该孔隙度测定实验通过以下步骤进行测定:
步骤一,在岩心室放满标准块,关闭进气阀门,打开岩心室阀门和关闭排空阀门。注入初始压力一般在0.5~0.9Mpa之间,等压力表稳定后读数Py1。之后,关闭岩心室阀门,打开进气阀门,到达一定压力后,将其关闭,稳定后并记录压力表读数为Pc1。然后,将岩心室阀门打开,使岩心室和参考室压力平衡,待压力表数值稳定后,得到平衡压力Pcy1。打开排空阀门进行放空。
由实验原理可得,Pc1×V1+Py1V2=Pcy1(V1+V2)
步骤二,打开岩心室取出标准块,并记录其体积为Vb0。重复前述步骤一,分别得到参数Py2、Pc2和Pcy2。
由实验原理可得,Pc2×V1+Py2(V2+Vb0)=Pcy2(V1+V2+Vb0)
其中,参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2为未知数,由两个方程可以求出。
步骤三,利用波意尔-马略特定律计算参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2。
V1=Vb0×(Rdp1-Rdp2)
其中,Rdp1=Dpy1/Dpc1;Rdp2=Dpy2/Dpc2,公式中Dpc1=Pcy1-Pc1,Dpc2=Pcy2-Pc2。Dpc1、Dpc2分别为第一、二次平衡前后参考室压力差(平衡后减去平衡前);Dpy1=Pcy1-Py1,Dpy2=Pcy2-Py2。Dpy1、Dpy2分别为第一、二次步骤平衡前后岩心室压力差(平衡后减去平衡前)。
步骤四,用卡尺分别测量岩心的直径D和长度L,计算得到岩心的体积为Vy=π*L*(D/2)
步骤五,将岩心放入岩心室,并记录取出标准块的体积Vb,重复前述步骤一,得到参数Py3、Pc3和Pcy3。
由实验原理可得,Pc3×V1+Py3(V2+Vb-Vy+Vk)=Pcy3(V1+V2+Vb-Vy+Vk)
只有孔隙体积Vk为未知数。
步骤六,计算岩心的孔隙体积Vk和孔隙度f:
f=100×Vk/Vy
可得孔隙度:
由上述目前所常用的孔隙度测定实验可知,将待测岩心放入岩心室,最终平衡后的压力Pcy3为:
因此,该孔隙度测定实验系统的灵敏度Y为:
由此可见,该孔隙度测定实验系统的灵敏度Y与参数Pc3、Py3、参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2、Vb、Vy和f有关。本发明即是基于上述分析,设计本发明的孔隙度测定实验设计方法及其设计系统,从而使上述与灵敏度Y相关的各个参数得到优化,尽可能提高实验测量精度。
下面就结合图2,对本发明的孔隙度测定实验设计方法做进一步的描述,该孔隙度测定实验设计方法包括如下具体步骤:
步骤1,输入测定实验所要求达到的灵敏度Y,岩心体积Vy和实验所采用的压力表的量程[Pmin,Pmax];
其中,岩心体积Vy,通过卡尺分别测量岩心的直径D和长度L,计算得到岩样的体积为Vy=π*L*(D/2)2。
步骤2,根据步骤1所输入参数,确定:将岩心放入岩心室后,注入初始压力Py3=Pmax,关闭岩心室阀门参考室内稳定压力Pc3=Pmax,所取出标准块的体积Vb=Vy;
此步骤中之所以依上述规则确定参数Pc3、Py3、Vb,是依据以下理论分析做出的:
根据前述孔隙度测定实验系统的灵敏度Y的计算公式
分别对参数Pc3、Py3、Vb求导,得到:
由以上求导结果可以看出,Pc3越大,Py3越大,Vb越小,灵敏度Y值越大。因此,为了尽可能的提高灵敏度Y,所述参数Pc3和Py3取压力表量程的极限值Pmax。而由于实验中,需要取出标准块后以该取出标准块的空间容纳岩心,因此取出标准块体积Vb需要大于等于岩心体积Vy。因此,取出标准块体积Vb所能取的最小体积即等于岩心体积Vy。
步骤3,根据前述确定的参数Pc3、Py3、Vb、Vy,依据公式
建立如图3所示的灵敏度Y与参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2之间的拟合函数;其中,岩心孔隙度f取1;
这里,之所以岩心孔隙度f取1是因为岩心孔隙度越低其对测定实验的灵敏度要求越高。在不知道岩心大致孔隙度的情况下,我们取岩心最小孔隙度1,以保证其最终获得的测定灵敏度足够理想。
步骤4,依据前述测定实验所要求达到的灵敏度Y,根据所述拟合函数,切片获得参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2的取值范围。
该参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2的取值范围即为可以达到实验所要求达到的灵敏度Y,参考室和岩心室所需达到的设计要求。
自此,本发明通过上述的孔隙度测定实验设计方法,确定了与灵敏度Y有关的各个实验参数Pc3、Py3、参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2、Vb、Vy。根据这些实验参数进行实验设计,可以达到所要求达到的灵敏度Y。对实验人员合理的设计相关实验有着指导性的意义。
应当指出,上述实验设计所确定的参数是以尽可能的提高实验灵敏度Y为目标,进行的参数确定。但是,在实际实验中,某些各别参数值的获取可能比较困难,增加了实验的复杂度,或者根据实际情况并不需要达到相应苛刻参数要求。基于此,本发明还给出以下几种可行的实施方式。
由于,Pc3是将岩心放入岩心室后,关闭岩心室阀门,打开进气阀门,参考室内的稳定压力。因此,在打开进气阀门排气后,再次向参考室内注压是比较麻烦的,增加了实验的复杂度。因此,对于一般实验设计而言,所述步骤2中的参数Pc3并不取值Pmax,而是取标准大气压。这样虽然会增加实验设计对其他参数的要求,但是会简化实验的操作流程。
另外,前面说到所述步骤3中,之所以岩心孔隙度f取1是因为岩心孔隙度越低其对测定实验的灵敏度要求越高。在不知道岩心大致孔隙度的情况下,我们取岩心最小孔隙度1,以保证其最终获得的测定灵敏度足够理想。但是,当我们预先可知岩心的大致孔隙度f时,则我们可以通过调整步骤3中所代入的孔隙度f值,而放宽对其他参数的要求。
当我们预先知道岩心的大致孔隙度f0时,前述孔隙度测定实验设计方法还包括以下步骤:
在所述步骤1中,输入岩心大致孔隙度f0;
在所述步骤3中,所述岩心孔隙度f取f0。
但是,通常情况下我们所预先知道的并不是岩心的大致孔隙度,而是该岩心的孔隙度范围[fmin,fmax]。针对这一情况,我们还设计了下述的实施方式:
当我们预先知道岩心的孔隙度范围[fmin,fmax]时,前述孔隙度测定实验设计方法还包括以下步骤:
在所述步骤1中,输入岩心的孔隙度范围[fmin,fmax];
在所述步骤3中,所述岩心孔隙度f取fmid=(fmin+fmax)/2。
这样,通过取孔隙度范围的中间值为步骤3中所代入的孔隙度f值,可以很好的覆盖到整个孔隙度范围内的情况。
综上所述,本发明所提供的孔隙度测定实验设计方法通过对现所常用的孔隙度测定实验中影响实验灵敏度的各个参数进行分析,设计了一套科学的进行实验的设计方法。通过该方法可以有效地保证整个实验的灵敏度要求,对实验人员合理的设计相关实验有着指导性的意义。
图4为孔隙度测定实验设计系统。如图所示,该设计系统包括:参数输入模块、参数选取模块、拟合函数生成模块、取值范围生成模块。
所述参数输入模块,用于输入测定实验所要求达到的灵敏度Y,岩心体积Vy和实验所采用的压力表的量程[Pmin,Pmax]。其中,该岩心体积Vy可以通过专门的岩心体积测定装置进行测量。
所述参数选取模块,用于根据参数输入模块所输入的参数,确定:将岩心放入岩心室后,注入初始压力Py3=Pmax,关闭岩心室阀门参考室内稳定压力Pc3=Pmax,所取出标准块的体积Vb=Vy。
所述拟合函数生成模块,用于根据参数Pc3、Py3、Vb、Vy,依据公式 建立如图3所示的灵敏度Y与参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2之间的拟合函数;其中,岩心孔隙度f取1。
所述取值范围生成模块,用于依据所述测定实验所要求达到的灵敏度Y,根据所述拟合函数生成模块所生成的拟合函数,切片获得参考室体积V1和岩心室装满标准块后的自由体积V2的取值范围。
如前所述,由于Pc3是将岩心放入岩心室后,关闭岩心室阀门,打开进气阀门,参考室内的稳定压力。因此,在打开进气阀门排气后,再次向参考室内注压是比较麻烦的,增加了实验的复杂度。因此,对于一般实验设计而言,所述参数选取模块中的参数Pc3并不取值Pmax,而是取标准大气压。这样虽然会增加实验设计对其他参数的要求,但是会简化实验的操作流程。
当我们预先知道岩心的大致孔隙度f0时,前述孔隙度测定实验设计系统中:
所述参数输入模块输入岩心大致孔隙度f0;
所述拟合函数生成模块中的岩心孔隙度f取f0。
当我们预先知道岩心的孔隙度范围[fmin,fmax]时,前述孔隙度测定实验设计系统中:
所述参数输入模块输入岩心的孔隙度范围[fmin,fmax];
所述拟合函数生成模块中的岩心孔隙度f取fmid=(fmin+fmax)/2。
综上所述,本发明所提供的孔隙度测定实验设计方法及设计系统是通过对现所常用的孔隙度测定实验中影响实验灵敏度的各个参数进行分析,设计的一套科学的实验设计方案。本领域一般技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造,均应视为在本发明的保护范围之内。