CN103575631B - 岩石渗透性测试系统及测试方法 - Google Patents

岩石渗透性测试系统及测试方法 Download PDF

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CN103575631B
CN103575631B CN201310545362.4A CN201310545362A CN103575631B CN 103575631 B CN103575631 B CN 103575631B CN 201310545362 A CN201310545362 A CN 201310545362A CN 103575631 B CN103575631 B CN 103575631B
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贾朝军
冯树荣
赵海斌
梅松华
王如宾
闫龙
张强
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河海大学
中国水电顾问集团中南勘测设计研究院有限公司
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Abstract

本发明公开一种岩石渗透性测试系统,其特征在于包括:围压控制装置(1)、岩心压力室(2)、孔隙度测量系统(3)、上游储气瓶(4)、下游储气瓶(5)、上游气压记录表(6)、下游气压记录表(7)、上下游气压差记录表(8)、高纯度氩气瓶(9)和高精度气压记录仪(10)。本发明还公开利用这种岩石渗透性测试系统对岩样进行渗透性测试的方法。本发明的岩石渗透特性测试系统操作简单;所需测量的物理量少;测量范围广;可用于测量渗透率高于10-15m2的普通岩石,以及低渗透岩石甚至超低渗透岩石,测量精度达到了10-24m2

Description

岩石渗透性测试系统及测试方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种岩石渗透性测试系统及测试方法。
背景技术
[0002] 岩石是天然产出的具有稳定外型的矿物或玻璃集合体,按照一定的方式结合而 成。岩石按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩石是构成地壳和上地慢的物质基础,岩石 由于形成的不同,同时经过物理变化或者化学变化,才形成了如今丰富多彩的地质形态。
[0003] 许多大型工程都要求建于岩石之上,而岩石的渗透特性对于该些大型工程建造及 运行都有着重要的影响,因此如何准确测量岩石的渗透特性显得至关重要。影响岩石渗透 特性的因素很多,渗透率和孔隙度是其中最重要的因素。岩石作为一种多孔介质,其渗透率 和孔隙度变化范围很大,渗透率甚至相差10个数量级W上,因实验仪器和方法的限制,很 难用单一的装置完成不同种类岩石渗透特性的测量。例如,现有设备只能单独完成渗透率 或者孔隙度的测量;在测量渗透率时,现有设备只能测量普通岩石(渗透率大于l〇45m2)或 者低渗透岩石(渗透率小于10^1¾2)。在地下能源储备、核废料存储、石油勘探开发、水利水 电工程建设等方面,我们面临着同一个工程不同的地层岩性不同甚至相差很大的问题,而 系统的测量不同地层的岩石的渗透特性关系到工程的设计、施工及长期稳定的运行。特别 是目前兴起的页岩气开发方面,对于超低渗透(渗透率小于l(T2im2),现有设备的测量精度 不高,甚至无法测量。
发明内容
[0004] 发明目的;本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种能针对不同岩石进 行有效测量的岩石渗透性测试系统。
[0005] 技术方案;本发明所述的岩石渗透性测试系统,包括;围压控制装置、岩屯、压力 室、孔隙度测量系统、上游储气瓶、下游储气瓶、上游气压记录表、下游气压记录表、上下游 气压差记录表、高纯度氣气瓶和高精度气压记录仪;
[0006] 所述围压控制装置与所述岩屯、压力室连接为岩屯、压力室提供压力;所述岩屯、压力 室的上端与一个四通装置的第一接口连接;所述四通装置的第二接口与所述高精度气压记 录仪连接;所述四通装置的第=接口与阀口连接控制其与空气相通;
[0007] 所述上游储气瓶和下游储气瓶分别与管路连接形成第一气路和第二气路;所述第 一气路和所述第二气路的一端都连接到所述高纯度氣气瓶上;所述第一气路的另一端连接 到所述孔隙度测量系的一端,所述孔隙度测量系统的另一端分别连接到所述岩屯、压力室的 下端和所述四通装置的第四接口;所述第二气路的另一端连接到所述四通装置的第四接 P;
[000引所述上游气压记录表设置在第一气路中;所述下游气压记录表设置在第二气路 中;所述上下游气压差记录表设置在第一气路和第二气路之间。
[0009] 优选地,所述围压控制装置提供的压力为液压,所述围压控制装置为围压累,优选 为可W自由控制压力的油压累。
[0010] 所述孔隙度测量系统包括气压记录仪、钢瓶、管道、=个阀口和计算机;第一阀口 设置在钢瓶的一端,与所述第一气路连接;第二阀口和第=阀口设置在钢瓶的另一端,分别 与所述岩屯、压力室的下端和所述四通装置的第四接口连接;所述气压记录仪与所述钢瓶的 进口管道连接对其进行气压测量,并将测量的气压值发送到计算机。
[0011] 所述岩屯、压力室与直径为50mm,高度为30~70mm的圆柱形岩样匹配,岩屯、压力室 中岩样由高性能橡胶套包裹后进行测量。
[0012] 所述高纯度氣气瓶上设置有调压阀,可调节第一气路和第二气路中的压力。各装 置之间都连有阀口,可W自己开启与关闭。
[0013] 优选地,所述第一气路和所述第二气路都固定在控制面板上。
[0014] 利用本发明岩石渗透性测试系统对岩样进行渗透性测试的方法,包括如下步骤:
[0015] (1)对孔隙度测量系统参数进行校准;校准方法为;将标准铁巧置于岩屯、压力室 中,关闭孔隙度测量系统的第二阀口和第=阀n,打开第一阀口,采集气压记录仪的读数, 当读数两分钟不发生变化时,记录此时的气压记录仪的读数;打开第二阀口和第=阀n,同 样当读数两分钟不发生变化时,记录此时的气压记录仪(31)的读数;
[0016] (2)准备用于测试的岩样,测量其直径,高度并拍照;
[0017] (3)将岩样用橡胶套包裹后置于岩屯、压力室中;
[0018] (4)打开围压控制装置的阀口,为岩屯、压力室加压;
[0019] (5)测量岩样的孔隙度,具体方法如下:
[0020] 1)打开四通装置的阀口使其一端与空气相连,关闭第二气路与四通装置相连的阀 口W及高精度气压记录仪的阀口;
[0021] 2)关闭孔隙度测量系统的第二阀口和第S阀口;
[0022] 3)打开高纯度氣气瓶,调节调压阀旋钮为孔隙度测量系统中钢瓶充气直至孔隙度 测量系统中气压记录仪的度数为7. 5~8.化ar;
[0023] 4)观察孔隙度测量系统中气压记录仪的度数变化,当度数下降幅度小于 0. 0(nbar/3min时,记录下此刻的度数P'1,关闭四通装置连接大气的阀n,打开孔隙度 测量系统的第二阀口和第S阀n,使得孔隙度测量系统与岩屯、压力室形成一个密闭的系 统;观察气压记录仪的下降幅度小于0. 〇(nbar/5min时,记录下此刻的气压记录仪的度数 P'2;
[0024] 岩样孔隙度的计算:
[002引P' iXVi=P' 2X(Vi+Vv) (。)
[0026]
Figure CN103575631BD00061
(13)
[0027]式中,n为孔隙度,W百分数表示;Vy为试样孔隙体积(m2),其中也包括裂隙体积;V 为试样体积(m2)。Pi为气压记录仪(31)的初始度数,P2为最终稳定状态时气压记录仪(31) 的度数,Vi为孔隙度测试系统的固有体积;
[002引(6)根据岩样的性质,判断岩样渗透率的具体测量方法:如果岩样的渗透率高于l045m2,使用准静态法测量,具体方法如下;
[0029] 1)关闭孔隙度测量系统的第司词n,打开四通装置与大气连接的阀口;
[0030] 2)调节高纯度氣气瓶的调压阀旋钮,使得第一气路中的压力为9. 5~10.化ar;
[0031] 3)等待IOmin后,待系统气压下降稳定开始记录上游气压记录表每下降0. 05bar 记录下所需时间,记录6个点;
[0032] 由上游气压记录表的变化可W得出进气端的流量变化,由达西定律可W得出岩样 的渗透率计算方法如下:
Figure CN103575631BD00071
[0033] (1)
[0034] 式中;k为岩石的气体渗透率(m2),y为气体的粘滞系数(Pa•S)(氣气粘滞系数 为2. 2X10-5化•S),L为岩样高度(m),APl为进气端压力的下降值(MPa),At为压力下 降APl所需时间(S),A为岩样的横截面积(m2),P。为标准大气压(0.IMPa),Pmw为进气端 压力由Pi下降APl过程中的平均压力,按照下式计算:
[00对
Figure CN103575631BD00072
(2)
[0036] Pi为进气端气体压力初始值(MPa);
[0037] 如果岩样的渗透率在ICTis~ICTiSm2之间,使用脉冲法,具体方法如下:
[003引 1)关闭四通装置与空气相连的阀口W及高精度气压记录仪的阀口,打开第二气路 与四通装置相连的阀口;
[0039] 2)调节阀口使得第一气路与第二气路贯通;调节调压阀旋钮,使得整个气路的压 力保持在 9. 5~10.Sbar;
[0040] 3)稳定30min后,再次调节调压阀旋钮使得上下游气压差记录表的读数为4. 5~ 5.Sbar;
[0041] 4)等待5min后,上下游气压差记录表每下降0. 05bar记录下所需时间,记录6个 占. '»、、 »
[0042] 岩样的渗透率计算方法如下:
[0043]
Figure CN103575631BD00073
[0044] 其中,k为岩屯、渗透率(m2),y为气体的粘滞系数(Pa•S),L为试样高度(m),Vi 和V2分别为岩屯、上下端导管及储气瓶的体积(m3),Pf为压力稳定后试样两端的平均压力 (MPa),P。''为试验开始时岩屯、两端的气压(MPa),Ap''为脉冲压力(MPa),Pi''和 P2''分别为脉冲试验过程中,t时刻岩屯、上下两端压力值(MPa);
[0045] 如果岩样的渗透率低于使用气体流量法,气体流量法是对准静态法的改 进,具体方法如下:
[0046] 1)关闭四通装置与空气相连的阀口W及第二气路与四通装置相连的阀口,
[0047] 打开高精度气压记录仪阀口;
[0048] 2)调节调压阀旋钮,使得第一气路中的压力为9. 5~10.化ar;
[0049] 3)等待IOmin后,系统气压下降稳定,关闭高精度气压记录仪阀口,记录气压上升 20Xl〇-3bar所需时间;
[0050] 气体流量法通过在出口端增加了一个高精度流量计,通过测定的气体压力,得出 口端的流量,对于同一个管道来说,出口流量与进口流量相同,因此该方法与准静态法由进 气端的压力变化得出的流量变化原理相同,因此计算渗透率的公式如同式(1):
[0051]
Figure CN103575631BD00081
[0化引式中;k为岩石的气体渗透率(m2),y为气体的粘滞系数(Pa•S)(氣气粘滞系数 为2. 2X10-5化•S),L为岩样高度(m),APl为进气端压力的下降值(MPa),At为压力下 降APl所需时间(S),A为岩样的横截面积(m2),P。为标准大气压(0.IMPa),Pmw为进气端 压力由Pi下降APl过程中的平均压力,按照下式计算:
[0053]
Figure CN103575631BD00082
(2)
[0化4] Pi为进气端气体压力初始值(MPa)。
[0055] 本发明与现有技术相比,其有益效果是;本发明的岩石渗透特性测试系统操作简 单;所需测量的物理量少;测量范围广巧用于测量渗透率高于1(TV的普通岩石,W及低 渗透岩石甚至超低渗透岩石,测量精度达到了l(T24m2;针对不同的岩石材料,使用不同的测 试方法,对于普通岩石采用准静态法,对于低渗透岩石采用压力脉冲法,对于超低渗透岩石 采用气体流量法;测量过程中=种方法自由切换,使用方便;同时利用本系统可同时完成 孔隙度的测量,高精度气压记录仪可W实现电脑自己记录数据,使得孔隙度测量结果更精 确。此测试系统可用于研究应力变化时,渗透率和孔隙度的变化规律。
附图说明
[0056] 图1为本发明的测试系统连接示意图;
[0化7] 图2是本发明的压力室示意图;
[0化引图3是本发明的孔隙度测量系统示意图;
[0化9] 图4是本发明的岩样气体渗透示意图;
[0060] 图中,1、围压控制装置;2、岩屯、压力室;3、孔隙度测量系统;4、上游储气瓶;5、下 游储气瓶;6、上游气压记录表;7、下游气压记录表;8、上下游气压差记录表;9、高纯度氣气 瓶;10、高精度气压记录仪;11、第一气路;12、第二气路;13、多孔金属垫片;14、高性能橡 胶;15、岩样;31、气压记录仪;32、钢瓶;33、计算机。
具体实施方式
[0061] 下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施 例。
[0062] 实施例1;本发明岩石渗透性测试系统,如图1所示,包括;围压控制装置1、岩屯、 压力室2、孔隙度测量系统3、上游储气瓶4、下游储气瓶5、上游气压记录表6、下游气压记录 表7、上下游气压差记录表8、高纯度氣气瓶9和高精度气压记录仪10 ;所述围压控制装置 1与所述岩屯、压力室2连接为岩屯、压力室提供液压,围压控制装置1为液压累,装置中有记 录表可W自由控制压力值;所述岩屯、压力室2如图2所示,其上端与一个四通装置的第一接 口连接;所述四通装置的第二接口与所述高精度气压记录仪10连接;所述四通装置的第= 接口与阀口连接控制其与空气相通;所述上游储气瓶4和下游储气瓶5分别与管路连接形 成第一气路11和第二气路12 ;所述第一气路11和所述第二气路12的一端都连接到所述 高纯度氣气瓶9上,所述高纯度氣气瓶9上设置有调压阀;所述第一气路11的另一端连接 到所述孔隙度测量系统3的一端,所述孔隙度测量系统3的另一端分别连接到所述岩屯、压 力室2的下端和所述四通装置的第四接口;所述第二气路12的另一端连接到所述四通装置 的第四接口;所述上游气压记录表6设置在第一气路11中;所述下游气压记录表7设置在 第二气路12中;所述上下游气压差记录表8设置在第一气路和第二气路之间。所述第一气 路11和所述第二气路12都固定在控制面板上。
[0063] 所述孔隙度测量系统3如图3所示,包括气压记录仪31、钢瓶32、管道、S个阀口 和计算机33 ;第一阀口I设置在钢瓶32的一端,与所述第一气路11连接;第二阀口II和 第=阀口III设置在钢瓶32的另一端,分别与所述岩屯、压力室2的下端和所述四通装置的 第四接口连接;所述气压记录仪31与所述钢瓶32的进口管道连接对其进行气压测量,并将 测量的气压值发送到计算机33。
[0064] 利用本发明所述的岩石渗透性测试系统对岩样进行渗透性测试的方法,包括如下 步骤:
[00化](1)对孔隙度测量系统参数进行校准;校准方法为;将标准铁巧置于岩屯、压力室 2中,关闭孔隙度测量系统3的第二阀口II和第S阀口III,打开第一阀口I,采集气压记 录仪31的读数,当读数两分钟不发生变化时,记录此时的气压记录仪31的读数;打开第二 阀口II和第=阀口III,同样当读数两分钟不发生变化时,记录此时的气压记录仪31的读 数;
[0066] (2)准备用于测试的岩样,测量其直径,高度并拍照;
[0067] (3)将岩样用橡胶套包裹后置于岩屯、压力室2中;
[0068] (4)打开围压控制装置1的阀口,为岩屯、压力室2加压;
[0069] (5)测量岩样的孔隙度,具体方法如下:
[0070] 1)打开四通装置的阀口使其一端与空气相连,关闭第二气路与四通装置相连的阀 口W及高精度气压记录仪10的阀口;
[0071] 2)关闭孔隙度测量系统3的第二阀口II和第S阀口III;
[0072] 3)打开高纯度氣气瓶9,调节调压阀旋钮为孔隙度测量系统3中钢瓶32充气直至 孔隙度测量系统3中气压记录仪31的度数为7. 5~8.化ar;
[0073] 4)观察孔隙度测量系统3中气压记录仪31的度数变化,当度数下降幅度小于 0. 0(nbar/3min时,记录下此刻的度数P'1,关闭四通装置连接大气的阀n,打开孔隙度测 量系统3的第二阀口II和第S阀口III,使得孔隙度测量系统3与岩屯、压力室2形成一个 密闭的系统;观察气压记录仪31的下降幅度小于0. 00Aar/5min时,记录下此刻的气压记 录仪31的度数P' 2;
[0074] 岩样孔隙度的计算:
Figure CN103575631BD00091
[0077]式中,n为孔隙度,W百分数表示;Vy为试样孔隙体积m2,其中也包括裂隙体积;V为试样体积m2。Pi为气压记录仪31的初始度数,P2为最终稳定状态时气压记录仪31的度 数,Vi为孔隙度测试系统的固有体积;
[007引(6)根据岩样的性质,判断岩样渗透率的具体测量方法:如果岩样的渗透率高于l045m2,使用准静态法测量,具体方法如下;
[0079] 1)关闭孔隙度测量系统3的第S阀口III,打开四通装置与大气连接的阀口;
[0080] 2)调节高纯度氣气瓶9的调压阀旋钮,使得第一气路中的压力为9. 5~10. 5bar;
[0081] 3)等待IOmin后,待系统气压下降稳定开始记录上游气压记录表6每下降 0. 0化ar记录下所需时间,记录6个点;
[0082] 岩样的渗透率计算方法如下:
[008引
Figure CN103575631BD00101
")
[0084] 式中;k为岩石的气体渗透率(m2),y为气体的粘滞系数(Pa•S)(氣气粘滞系数 为2. 2X10-5化•S),L为岩样高度(m),APl为进气端压力的下降值(MPa),At为压力下 降APl所需时间(S),A为岩样的横截面积(m2),P。为标准大气压(0.IMPa),Pmw为进气端 压力由Pi下降APl过程中的平均压力,按照下式计算:
[0085]
Figure CN103575631BD00102
(2)
[0086] Pi为进气端气体压力初始值(MPa);
[0087] 如果岩样的渗透率在ICTis~ICTiSm2之间,使用脉冲法,具体方法如下:
[008引 1)关闭四通装置与空气相连的阀口W及高精度气压记录仪10的阀n,打开第二 气路与四通装置相连的阀口;
[0089] 2)调节阀口使得第一气路与第二气路贯通;调节调压阀旋钮,使得整个气路的压 力保持在9. 5~10.Sbar;
[0090] 3)稳定30min后,再次调节调压阀旋钮使得上下游气压差记录表8的读数为 4. 5 ~5.Sbar;
[0091] 4)等待5min后,上下游气压差记录表8每下降0. 05bar记录下所需时间,记录6 个点;
[0092] 岩样的渗透率计算方法如下:
[0093]
Figure CN103575631BD00103
[0094] 其中,k为岩心渗透率(m2),y为气体的粘滞系数(Pa•S),L为试样高度(m),Vi 和V2分别为岩屯、上下端导管及储气瓶的体积(m3),Pf为压力稳定后试样两端的平均压力 (MPa),P。''为试验开始时岩屯、两端的气压(MPa),Ap''为脉冲压力(MPa),Pi''和 P2''分别为脉冲试验过程中,t时刻岩屯、上下两端压力值(MPa);
[0095] 如果岩样的渗透率低于1〇-前2,使用气体流量法,具体方法如下;
[0096] 1)关闭四通装置与空气相连的阀口W及第二气路与四通装置相连的阀口,打开高 精度气压记录仪10阀口;
[0097] 2)调节调压阀旋钮,使得第一气路中的压力为9. 5~10.化ar;
[009引3)等待IOmin后,系统气压下降稳定,关闭高精度气压记录仪10阀口,记录气压上 升20Xl0-3bar所需时间;
[0099] 岩样的渗透率计算方法如下:
[0100] 由气体连续性方程、动量方程、状态方程得到气体渗流偏微分方程的一般形式:
[0101]
Figure CN103575631BD00111
(3)
[0102] 假定在试验过程中,满足;(1)达西定律成立,即5 =1 ; (2)渗流气体为理想气体。
[0103] 则简化上式得到一维气体渗流方程:
[0104]
Figure CN103575631BD00112
(4)
[01化]试验时,方程满足初始条件;t=0时,PUo=Pi
[0106] 边界条件t> 0时,PU=Po
[0107] 由于所研究的岩石渗透率<i(riv,近似的有d) >0。由此可W解出(4)式,得到 压力室内气体压力的表达式为:
[0108]
Figure CN103575631BD00113
[0109] 式中,5为惯性-端流修正系数;K为气体渗透率(m2);y为气体的黏度 任a•S) ;p为气体压力(MPa) ;d)为孔隙度;Z是偏差因子,理想气体状态方程的修正量;t 为渗流时间(S) ;Pi为压力室进气端压力(MPa) ;P〇为大气压力(0.IMPa) ;x为岩屯、内任一 点处横截面距进气端岩屯、横截面的距离(m) ;L为岩屯、长度(m)。
[0110] 根据前述假定(1 ),实验中气体渗流满足达西定律,即
[0111]
Figure CN103575631BD00114
(6)
[0112] 将式巧)带入式(6)并令X=L得到压力室出气端气体流量的表达式为
[0113]
Figure CN103575631BD00115
口)
[0114] 记t=0时刻进气端压力为Pi,t=At时刻进气端压力为Pi-APi,平均值记为
Figure CN103575631BD00116
痒中APi为进气端气压变化量。At时间段内,记压力室内气体质量变化为 Am=vXAP1。 P
[0115] 根据前述假定(2),由理想气体状态方程进而得到
Figure CN103575631BD00117
[0118]
Figure CN103575631BD00121
(10)
[0119] 结合式(5)和(10)即可得到岩屯、气体渗透率的表达式:
[0120]
Figure CN103575631BD00122
叫)
[0121] 其中Cwv 式中Q为出口端气体流量(m3/s) 为气体的粘滞系数 (Pa•S),L为试样高度(m),A为岩屯、的横截面面积(m2) ;v为岩屯、体积(m3) ;Pmw和Qmw分 别为At时间段内,压力室内的平均气体密度化g/m3)和压力室进气端平均气体流量 S) ;P1为岩样进气端压力,APl为进气端压力的下降值(MPa),At为压力下降APl所需 时间(S)。因此气体流量法与准静态法的计算渗透率的公式相同。
[0122] 如上所述,尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明,但其不得解释 为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下,可对 其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1. 一种岩石渗透性测试系统,其特征在于包括:围压控制装置(I)、岩心压力室(2)、孔 隙度测量系统(3)、上游储气瓶(4)、下游储气瓶(5)、上游气压记录表(6)、下游气压记录表 (7)、上下游气压差记录表(8)、高纯度氩气瓶(9)和高精度气压记录仪(10); 所述围压控制装置(1)与所述岩心压力室(2)连接为岩心压力室提供压力;所述岩心 压力室(2)的上端与一个四通装置的第一接口连接;所述四通装置的第二接口与所述高精 度气压记录仪(10)连接;所述四通装置的第三接口与阀门连接控制其与空气相通; 所述上游储气瓶(4)和下游储气瓶(5)分别与管路连接形成第一气路(11)和第二气 路(12);所述第一气路(11)和所述第二气路(12)的一端都连接到所述高纯度氩气瓶(9) 上;所述第一气路(11)的另一端连接到所述孔隙度测量系统(3)的一端,所述孔隙度测量 系统⑶的另一端分别连接到所述岩心压力室⑵的下端和所述四通装置的第四接口;所 述第二气路(12)的另一端连接到所述四通装置的第四接口; 所述上游气压记录表(6)设置在第一气路(11)中;所述下游气压记录表(7)设置在第 二气路(12)中;所述上下游气压差记录表(8)设置在第一气路和第二气路之间。
2. 根据权利要求1所述的岩石渗透性测试系统,其特征在于:所述围压控制装置(1) 提供的压力为液压。
3. 根据权利要求1所述的岩石渗透性测试系统,其特征在于:所述围压控制装置(1) 为围压泵。
4. 根据权利要求1所述的岩石渗透性测试系统,其特征在于:所述孔隙度测量系统(3) 包括气压记录仪(31)、钢瓶(32)、管道、三个阀门和计算机(33);第一阀门(I)设置在钢 瓶(32)的一端,与所述第一气路(11)连接;第二阀门(II)和第三阀门(III)设置在钢瓶 (32)的另一端,分别与所述岩心压力室⑵的下端和所述四通装置的第四接口连接;所述 气压记录仪(31)与所述钢瓶(32)的进口管道连接对其进行气压测量,并将测量的气压值 发送到计算机(33)。
5. 根据权利要求1所述的岩石渗透性测试系统,其特征在于:所述岩心压力室⑵与 直径为50mm,高度为30~70mm的圆柱形岩样匹配。
6. 根据权利要求1所述的岩石渗透性测试系统,其特征在于:所述高纯度氩气瓶(9) 上设置有调压阀。
7. 根据权利要求1所述的岩石渗透性测试系统,其特征在于:所述第一气路(11)和所 述第二气路(12)都固定在控制面板上。
8. 利用权利要求1~7所述的岩石渗透性测试系统对岩样进行渗透性测试的方法,其 特征在于包括如下步骤: (1) 对孔隙度测量系统参数进行校准; (2) 准备用于测试的岩样,测量其直径,高度并拍照; (3) 将岩样用橡胶套包裹后置于岩心压力室(2)中; (4) 打开围压控制装置⑴的阀门,为岩心压力室⑵加压; (5) 测量岩样的孔隙度,具体方法如下: 1) 打开四通装置的阀门使其一端与空气相连,关闭第二气路与四通装置相连的阀门以 及高精度气压记录仪(10)的阀门; 2) 关闭孔隙度测量系统(3)的第二阀门(II)和第三阀门(III); 3) 打开高纯度氩气瓶(9),调节调压阀旋钮为孔隙度测量系统(3)中钢瓶(32)充气直 至孔隙度测量系统(3)中气压记录仪(31)的度数为7. 5~8. 5bar; 4) 观察孔隙度测量系统(3)中气压记录仪(31)的度数变化,当度数下降幅度小于 0.001bar/3min时,记录下此刻的度数p'i,关闭四通装置连接大气的阀门,打开孔隙度测 量系统(3)的第二阀门(II)和第三阀门(III),使得孔隙度测量系统(3)与岩心压力室(2) 形成一个密闭的系统;观察气压记录仪(31)的下降幅度小于0. 001bar/5min时,记录下此 刻的气压记录仪(31)的度数p' 2; 岩样孔隙度的计算: p,iXVl=p,2 (VVv) 02)
Figure CN103575631BC00031
式中,n为孔隙度,以百分数表示;^为试样孔隙体积(m3),其中也包括裂隙体积;V为 试样体积(m3),p':为气压记录仪(31)的初始度数,p' 2为最终稳定状态时气压记录仪 (31)的度数,V1为孔隙度测试系统的固有体积; (6)根据岩样的性质,判断岩样渗透率的具体测量方法:如果岩样的渗透率高于l〇_15m2,使用准静态法测量,具体方法如下: 1) 关闭孔隙度测量系统(3)的第三阀门(III),打开四通装置与大气连接的阀门; 2) 调节高纯度氩气瓶(9)的调压阀旋钮,使得第一气路中的压力为9. 5~10. 5bar; 3) 等待IOmin后,待系统气压下降稳定开始记录上游气压记录表(6)每下降0.05bar 记录下所需时间,记录6个点; 岩样的渗透率计算方法如下:
Figure CN103575631BC00032
式中:k为岩石的气体渗透率(m2),y为气体的粘滞系数(Pa*s)(氩气粘滞系数 2. 2X10-5Pa•s),L为岩样高度(m),APl为进气端压力的下降值(MPa),At为压力下降 APl所需时间(s),A为岩样的横截面积(m2),P0为标准大气压(0.IMPa) ,Pnroy为进气端压 力由Pl下降APl过程中的平均压力,按照下式计算:
Figure CN103575631BC00033
Pl为进气端气体压力初始值(MPa); 如果岩样的渗透率在KT18~KT15Iii2之间,使用脉冲法,具体方法如下: 1) 关闭四通装置与空气相连的阀门以及高精度气压记录仪(10)的阀门,打开第二气 路与四通装置相连的阀门; 2) 调节阀门使得第一气路与第二气路贯通;调节调压阀旋钮,使得整个气路的压力保 持在 9. 5 ~10. 5bar; 3) 稳定30min后,再次调节调压阀旋钮使得上下游气压差记录表(8)的读数为4. 5~ 5. 5bar; 4)等待5min后,上下游气压差记录表(8)每下降0. 05bar记录下所需时间,记录6个 占. 岩样的渗透率计算方法如下:
Figure CN103575631BC00041
其中,k为岩心渗透率(m2),y为气体的粘滞系数(Pa•s),L为试样高度(m),Vl和V2 分别为岩心上下端导管及储气瓶的体积(m3),Pf为压力稳定后试样两端的平均压力(MPa), P〇"为试验开始时岩心两端的气压(MPa),Ap"为脉冲压力(MPa),pi"和p2"分别为脉 冲试验过程中,t时刻岩心上下两端压力值(MPa); 如果岩样的渗透率低于10_18m2,使用气体流量法,具体方法如下: 1) 关闭四通装置与空气相连的阀门以及第二气路与四通装置相连的阀门,打开高精度 气压记录仪(10)阀门; 2) 调节调压阀旋钮,使得第一气路中的压力为9. 5~10. 5bar; 3) 等待IOmin后,系统气压下降稳定,关闭高精度气压记录仪(10)阀门,记录气压上升 20X10_3bar所需时间; 计算渗透率的公式为:
Figure CN103575631BC00042
式中:k为岩石的气体渗透率(m2),y为气体的粘滞系数(Pa•s)(氩气粘滞系数为 2. 2X10-5Pa•s),L为岩样高度(m),APl为进气端压力的下降值(MPa),At为压力下降 APl所需时间(s),A为岩样的横截面积(m2),PO为标准大气压(0.IMPa),Pmoy为进气端 压力由Pl下降APl过程中的平均压力,按照下式计算:
Figure CN103575631BC00043
Pl为进气端气体压力初始值(MPa)。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,步骤(1)所述的对孔隙度测量系统参数进 行校准的方法是:将标准铁芯置于岩心压力室(2)中,关闭孔隙度测量系统(3)的第二阀门 (II)和第三阀门(III),打开第一阀门(I),采集气压记录仪(31)的读数,当读数两分钟不 发生变化时,记录此时的气压记录仪(31)的读数;打开第二阀门(II)和第三阀门(III), 同样当读数两分钟不发生变化时,记录此时的气压记录仪(31)的读数。
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