CN104266949B - 岩心气测渗透率的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩心气测渗透率的测量方法，包括以下步骤：将岩心直径和长度值输入计算芯片；将岩心放置于橡胶套内，通过小型手摇液压泵施加围压；将活塞推至内腔最小标定位置，关闭放空阀；设定活塞运动速度，开启活塞驱动装置，将活塞移动至内腔最大标定位置时停止工作，计算芯片计算岩心气体表观渗透率，进而计算岩心气测渗透率，完成第一次测量；打开放空阀，平衡内腔压力后，关闭放空阀，重复上述步骤，将活塞移动至内腔最小标定位置，进行第二次测量；计算芯片计算两次测量值的平均值，即为最终岩心气测渗透率。本发明的测量方法在活塞往返运动过程中可以测量两次岩心气测渗透率，测量效率高、速度快，对野外采集岩样快速评价有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于石油工程技术领域，涉及岩心渗透率的测量技术，尤其涉及一种岩心气测渗透率的测量方法。
背景技术
在石油行业中，渗透率是表征油气通过储层岩石能力的重要参数，通常采用气体或者液体作为介质对岩心渗透率进行测量。在室内实验中，气测渗透率的实验介质可为氦气或者氮气，在实验精度要求不高的情况下也可采用空气测量岩石渗透率；液测渗透率的实验介质一般为水或者原油。
通常情况下，实验室岩心测试结果比较准确，但是实验设备庞大，对环境要求高，不便于野外携带，在野外采用便携式岩样钻取设备取出露头岩样，或者在现场采用取芯钻头取出储层岩样后，需要将样品送交实验室进行分析，该过程耗费时间周期长，无法实时的认识地层参数，等到实验室测量时岩石的性质已经发生改变，因此无法反映真实的岩心气测渗透率。
目前，岩心渗透率的测量方法主要有两种，稳态法和非稳态法。稳态法是指在测试过程中流体形成稳定渗流，流动处于稳定状态，测出岩心两端的压力以及通过岩心的流量，利用达西公式计算岩心渗透率。该方法相对可靠，应用较多，但是操作比较复杂，测量时间长且数据的稳定性受到较多因素的影响。在稳态法中，对于流体流量的测量，特别是低渗岩石微小流量的测量是很困难的，并且也不够精确。
稳态法气测渗透率是目前常见的岩心渗透率测量方法，主要有以下不足：设备庞大，不仅需要装备氮气或者氦气气源，还需要庞大的恒压室和恒压控制装置，不方便野外测量；不能严格控制上下游恒压室压差，需要在上下游之间安装压力反馈控制装置来保证岩心入口和出口压力差恒定，达到平衡所需时间太长；气体流量计一般用皂泡流量计或小球上升高度测量，由于气体具有压缩性和粘性，上述设备所测得的数据的准确性较低。
非稳态法是指在测试过程中不要求流体形成稳定渗流，流动处于非稳定状态，只要测出压力随时间的变化曲线，就可以利用微积分的方法计算出岩心渗透率。非稳态法具有操作方便、测量速度快、数据的统一性较好等优点。更为重要的是它避开了气体流量的测量。
非稳态法通过测量压力随时间的变化来计算岩心渗透率，避免了气体流量测量不准确的缺点，但是由于需要气源，其设备比较庞大，不适宜野外作业，并且需要连续测量足够长的时间，才能计算岩心渗透率，如果气体流量不稳定，则该装置的测量效果也不好。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种岩心气测渗透率的测量方法，包括以下步骤：
(1)调试岩心气测渗透率测量装置，并检查测量装置的气密性；
(2)测量岩心的直径和长度，将测量值输入计算芯片；
(3)将岩心放置于橡胶套内，通过液压泵给岩心施加围压；
(4)将活塞推至内腔最小标定位置，关闭放空阀；
(5)压力传感器测量起始时刻内腔中的压力，设定活塞运动速度，开启活塞驱动装置，压力传感器记录内腔压力变化和活塞运动时间，并将数据实时输入计算芯片，活塞驱动装置将活塞移动至内腔最大标定位置时停止工作，计算芯片计算岩心气体表观渗透率，进而计算岩心气测渗透率并储存，完成第一次测量过程；
在活塞运动过程中，计算芯片计算每一个计算区间的岩心气体表观渗透率，进而计算岩心气测渗透率。
(6)打开放空阀，平衡内腔压力后，关闭放空阀，重复步骤(5)，活塞驱动装置将活塞移动至内腔最小标定位置，进行第二次测量；
(7)计算芯片计算两次测量值的平均值，即为最终的岩心气测渗透率，并通过液晶显示器显示出来；
所述活塞做匀速运动。所述岩心气测渗透率测量装置在内腔体积匀速变化时可测量岩心气测渗透率。
目前的非稳态气测渗透率方法需要保证定容室(内腔)的容积不变，并且通过空气压缩机或者抽真空设备制造压差，故设备庞大，不适宜在野外测量。本发明的主要原理为在目前非稳态气测渗透率方法的基础上，匀速改变内腔的大小，制造压差，无需携带庞大的气瓶和增压装置，使渗透率测试仪体积减小，从而达到小型化、便携式的目的。通过记录活塞匀速运动过程中，内腔的压力随时间的变化，进而测量出岩心气测渗透率。
本发明的测量方法在活塞往返运动过程中可以测量两次岩心气测渗透率，测量效率高，速度快。测量方法上使用精密的压力传感器记录压力随时间的变化，避免因气体流量变化而导致测量不准确的缺陷。另外，通过本发明的岩心气体表观渗透率计算公式计算所得的结果更可靠。对于野外采集岩样快速评价具有重要意义。
优选的是，重复步骤(5)，进行多次测量，计算芯片计算多次测量值的平均值，即为最终的岩心气测渗透率，并通过液晶显示器显示出来。本发明的测量方法可进行多次测量，以使测量结果更准确，误差更小。
根据岩心的致密或疏松情况，调整岩心气测渗透率的测量步骤。若岩心致密，渗透率较低，则活塞从内腔最小标定位置移动至内腔最大标定位置时所造成的压差可能不够，因此将活塞移动至内腔最大标定位置后，再移动至内腔最小标定位置，完成一次测量过程。若岩心疏松，渗透率较高，则在测量过程中需要增大活塞的运动速度进行测量。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心气测渗透率测量装置为便携式岩心气测渗透率测量装置。
本发明的便携式岩心气测渗透率测量装置，是将在野外采用便携式岩样钻取设备取出露头岩心，或者在现场采用取芯钻头取出储层岩心放入筒体内，采用集成在筒体上的小型液压泵对岩心施加一定的围压，移动筒体内的活塞，活塞做匀速运动，使岩心两端产生压差，通过压力感应器测量岩心两端的压力随时间的变化，进而测量岩心气测渗透率。该测量装置体积小巧，结构简单，方便携带，适用于野外或者钻井现场进行渗透率测量。该测量装置突出便携的优点，能在野外获取岩心后马上检测，对野外采集岩样快速评价具有重要意义。
在上述任一方案中优选的是，所述便携式岩心气测渗透率测量装置包括岩心、压力传感器、筒体、液压泵、橡胶套、活塞、活塞驱动装置、计算芯片与液晶显示器、放空阀。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心放置于筒体内，所述橡胶套设置于岩心与筒体之间，所述液压泵设置于筒体的外侧，并与所述橡胶套相连，所述活塞和所述活塞驱动装置设置于筒体内，所述岩心的一个端面与所述活塞之间形成内腔，所述压力传感器、所述计算芯片与液晶显示器和所述放空阀设置于筒体的外侧，并与所述内腔相连。
在上述任一方案中优选的是，所述液压泵为手摇液压泵，也可为小型液压泵或者小型手摇液压泵。所述液压泵可由围压泵替代。液压泵以液压的形式通过橡胶套对岩心施加围压。采用手摇液压泵、小型液压泵或者小型手摇液压泵可进一步减小测量装置的体积和重量，使测量装置更加便携。
在上述任一方案中优选的是，所述压力传感器嵌入筒体壁中，可进一步减小测量装置的重量，使其更加便携。
在上述任一方案中优选的是，所述压力传感器凸出筒体的内壁。
压力传感器可以监测内腔中的压力变化。计算芯片可以收集压力传感器的数据并计算出岩心气测渗透率，同时将岩心气测渗透率的数值显示在液晶显示器上。放空阀在渗透率测量过程中处于关闭状态，在测量结束后打开，以平衡内腔中的压力。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心的一个端面与所述筒体的一端平齐，另一个端面在筒体的内部。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心的一个端面凸出所述筒体的一端，另一个端面在筒体的内部。
在上述任一方案中优选的是，所述活塞驱动装置设置于筒体的一端，与所述岩心相对。活塞驱动装置可以控制活塞在筒体内匀速运动，以给定的速度匀速拉出或者匀速推进，以控制内腔的大小，保证在岩心两端产生的压差至少为0.2MPa。
在上述任一方案中优选的是，所述活塞驱动装置包括驱动电机、滚轮、电源。电源驱动驱动电机匀速旋转，驱动电机带动滚轮旋转。滚轮为齿轮结构，与活塞杆上的齿条相互啮合。滚轮的旋转速度收到计算芯片的控制。
在上述任一方案中优选的是，所述驱动电机与所述滚轮相连，所述滚轮与活塞杆上的齿条啮合。
在上述任一方案中优选的是，所述电源嵌入筒体壁中，可进一步减小测量装置的重量，使其更加便携。
在上述任一方案中优选的是，所述电源为电池。
在上述任一方案中优选的是，所述电池放置于嵌入筒体壁中的电源槽内。嵌入式电源槽，可进一步减小测量装置的重量，使其更加便携。
在上述任一方案中优选的是，所述筒体由铝合金、镁合金或者钛合金材料制成。上述合金材料比较轻，强度高，加工性能好，在其表面易于自然产生一层致密牢固的保护膜，能很好的保护基体不受腐蚀。
在上述任一方案中优选的是，所述筒体由不锈钢材料制成。不锈钢材料的强度高，硬度高，耐磨性和抗腐蚀性较好，也可作为筒体材料使用。
在上述任一方案中优选的是，所述筒体的壁厚为1.0-5.0cm。本发明经过大量实验证明，筒体由铝合金、镁合金或者钛合金材料制作时，筒体的壁厚可适当增加，以承受更大的压力。
在上述任一方案中优选的是，所述筒体的壁厚为0.5-1.0cm。本发明经过大量实验证明，筒体由不锈钢材料制作时，筒体的壁厚可适当减小，虽然不锈钢比铝合金、镁合金和钛合金重，但是其能承受较高的压力。
在上述任一方案中优选的是，所述筒体的长度为50-80cm。本发明经过大量实验证明，筒体的长度在此范围内时，该测量装置可轻松提起和放下，仍属便携式范畴。
在上述任一方案中优选的是，所述活塞的厚度为3.0-5.0cm。本发明经过大量实验证明，活塞的厚度在此范围内时，可确保气体不渗漏。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心的直径为2.5cm。岩心与筒体内壁之间设置橡胶套，以确保气体不渗漏，由于橡胶套的厚度较小，因此岩心的直径与筒体内径(内腔直径)可看作近似相等，在岩心气体表观渗透率计算公式的推导过程中，内腔横截面积即为岩心横截面积。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心的长度为3.0-8.0cm。
在上述任一方案中优选的是，所述内腔最小标定位置为活塞与岩心在筒体内的端面的距离为3.5cm处。
在上述任一方案中优选的是，所述内腔最大标定位置为活塞移动至活塞驱动装置处。
在上述任一方案中优选的是，所述液压泵给岩心施加的围压为0.5-3.0MPa。本发明经过大量实验证明，施加此范围值的围压，能够确保气体不渗漏。
在上述任一方案中优选的是，所述活塞的运动速度为0.1-10cm/s。本发明经过大量实验证明，活塞在此速度范围内做匀速运动，能确保岩心气测渗透率的测量值更可靠、更准确，对于野外采集岩样快速评价有重要意义。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心气体表观渗透率的计算公式为
其中
式中，K—岩心气体表观渗透率，D；1μm2＝1D＝1000mD；
A—内腔横截面积，cm2；
L—岩样长度，cm；
P1、P2—活塞运动到t1时刻和t2时刻，内腔中的压力值，0.1MPa；
P0—大气压力，0.1MPa；
μ—气体粘度，mPa·s；
v—活塞运动速度，cm/s。
上述计算公式为活塞运动过程中每一个计算区间的岩心气体表观渗透率的计算公式。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心气体表观渗透率的计算公式的推导方法按照先后顺序包括以下步骤，
(1)假定活塞处于内腔最小标定位置时，岩心孔隙与内腔容积之和为V；假定活塞运动过程中每一个计算区间内计算起始点的时刻为t1(即活塞累积运动时间)，内腔压力为P，岩心孔隙与内腔容积之和为V0，岩心孔隙与内腔容积的气体换算到大气状态下的体积为Vt；
(2)活塞在t1时刻后运动dt时间，则内腔中的压力为P+dP，岩心孔隙与内腔容积的气体换算到大气状态下的体积为Vt+dV；
(3)在测量和计算过程中，将运动过程分为若干个等时间间隔的计算区间Δt，计算区间内计算起始点的时刻为t1，计算区间内计算终止点的时刻为t2，则Δt＝t2-t1为定值；
(4)活塞在t1时刻，根据大气压平衡原理，则有P0Vt＝PV0；
(5)活塞运动dt时间，根据大气压平衡原理，则有P0(Vt+dV)＝(P+dP)(V0+vAdt)；
(6)根据气体达西定律，则有
式中，A'—岩心横截面积，cm2；考虑到内腔横截面积与岩心横截面积A'的区别很小，近似相等，所以假设A'＝A。
(7)由步骤(4)-(6)中的公式整理得到
(8)将步骤(7)中的公式定积分得到
其中，
(9)根据活塞运动位置关系，则有V0＝V+At1v；
(10)将步骤(9)中的公式代入步骤(8)中的公式即可得到岩心气体表观渗透率。
推导过程如下：
P0Vt＝PV0 (1)
P0(Vt+dV)＝(P+dP)(V0+vAdt) (2)
拆开上式，则有
P0Vt+P0dV＝PV0+PvAdt+V0dP+vAdtdP (3)
将式(1)代入式(3)，并忽略高阶无穷小项dtdP，则有
根据气体达西定律，则有
式中，A'—岩心横截面积，cm2。考虑到内腔横截面积与岩心横截面积A'的区别很小，近似相等，所以假设A'＝A。
将式(4)代入式(5)，则有
将式(6)化简得到微分式
将式(7)两端积分，则有
由于故积分结果为
其中，
根据活塞运动位置关系，则有
V0＝V+At1v (10)
将式(10)代入式(9)，则有
其中，
从式(11)中可以看出，变量仅有K一项，其他都是已知量，将P1、P2、t1、t2代入式(11)中，采用二分法即可编程求解，其中K的迭代下限K1＝1×10-3mD，迭代上限K2＝3×104mD，K的迭代初值求解出的K即为在的压差下的岩心气体表观渗透率。
当活塞从内腔最大标定位置移动至内腔最小标定位置时，初始条件活塞处于内腔最大标定位置时，岩心孔隙与内腔容积之和为V，相关增量仅在符号上相反，计算原理相同。
在上述任一方案中优选的是，作出活塞运动过程中每一个计算区间内压差的倒数与岩心气体表观渗透率的关系图，拟合直线，该直线与岩心气体表观渗透率的轴截距即为岩心气测渗透率。
在计算过程中，设定记录压力数据的间隔时间相等，则Δt＝t2-t1为定值，每一个Δt为一个计算区间；每次记录Δt起始和终止时刻内腔压力值，得到该压差下的气体表观渗透率，最后作出压差的倒数和气体表观渗透率的关系图，拟合直线，直线与渗透率轴截距即为该岩样的气测渗透率。
在上述任一方案中优选的是，所述岩心气测渗透率的测量范围为1×10-3～3.0×104mD。
本发明的岩心气体表观渗透率的计算公式的推导过程简单易懂，计算所得的结果更可靠、更准确，进而测量的岩心气测渗透率的结果也更加准确，对于野外采集岩样快速评价有重要意义。
附图说明
图1为按照本发明岩心气测渗透率的测量方法的流程图；
图2为按照本发明岩心气测渗透率的测量方法的便携式岩心气测渗透率测量装置的一优选实施例的结构示意图；
图3为按照本发明岩心气测渗透率的测量方法的便携式岩心气测渗透率测量装置的另一优选实施例的结构示意图；
图4为按照本发明岩心气测渗透率的测量方法的便携式岩心气测渗透率测量装置中的活塞驱动装置的一优选实施例的结构示意图；
图5为按照本发明岩心气测渗透率的测量方法的岩心气体表观渗透率计算公式推导过程中活塞匀速运动状态示意图；
图6为按照本发明岩心气测渗透率的测量方法的活塞运动过程中某一计算区间内压差的倒数与岩心气体表观渗透率的关系图。
图中标注说明：1-手摇液压泵，2-筒体，3-岩心，4-橡胶套，5-内腔，6-活塞，7-活塞驱动装置，8-压力传感器，9-计算芯片与液晶显示器，10-放空阀，11-电源，12-滚轮，13-驱动电机。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例一：
如图1所示，一种岩心气测渗透率的测量方法，包括以下步骤：
(1)调试岩心气测渗透率测量装置，并检查测量装置的气密性；
(2)测量岩心的直径和长度，将测量值输入计算芯片；
(3)将岩心放置于橡胶套内，通过液压泵给岩心施加围压；
(4)将活塞推至内腔最小标定位置，关闭放空阀；
(5)压力传感器测量起始时刻内腔中的压力，设定活塞运动速度，开启活塞驱动装置，压力传感器记录内腔压力变化和活塞运动时间，并将数据实时输入计算芯片，活塞驱动装置将活塞移动至内腔最大标定位置时停止工作，计算芯片计算岩心气体表观渗透率，进而计算岩心气测渗透率并储存，完成第一次测量过程；
(6)打开放空阀，平衡内腔压力后，关闭放空阀，重复步骤(5)，活塞驱动装置将活塞移动至内腔最小标定位置，进行第二次测量；
(7)计算芯片计算两次测量值的平均值，即为最终的岩心气测渗透率，并通过液晶显示器显示出来；
所述活塞做匀速运动。所述岩心气测渗透率测量装置在内腔体积匀速变化时可测量岩心气测渗透率。
岩心的直径为2.5cm，岩心的长度为7.376cm；液压泵对岩心施加1.0MPa的围压；内腔最小标定位置为活塞与岩心在筒体内的端面的距离为3.5cm处，内腔最大标定位置为活塞移动至活塞驱动装置处；活塞做匀速运动的速度为0.5cm/s。
如图2所示，上述测量方法中用到的测量装置为便携式岩心气测渗透率测量装置，其包括岩心3、压力传感器8、筒体2、手摇液压泵1、橡胶套4、活塞6、活塞驱动装置7、计算芯片与液晶显示器9、放空阀10。所述岩心3放置于筒体2内，所述橡胶套4设置于岩心3与筒体2之间，所述液压泵设置于筒体2的外侧，并与所述橡胶套4相连，所述活塞6和所述活塞驱动装置7设置于筒体2内，所述岩心3的一个端面与所述活塞6之间形成内腔5，所述压力传感器8、所述计算芯片与液晶显示器9和所述放空阀10设置于筒体2的外侧，并与所述内腔5相连。
压力传感器8嵌入筒体2壁中。岩心3的一个端面凸出筒体2的一端，另一个端面在筒体2的内部。活塞驱动装置7设置于筒体2的一端，与岩心3相对。筒体2由不锈钢材料制成，筒体2长度为50cm，筒体2壁厚为0.5cm，活塞6厚度为3.0cm。
如图4所示，活塞驱动装置7包括驱动电机13、滚轮12、电源11。驱动电机13与滚轮12相连，滚轮12与活塞杆上的齿条啮合。电源11嵌入筒体2壁中。
如图5所示，活塞运动过程中每一个计算区间的岩心气体表观渗透率的计算公式的推导方法按其先后顺序包括以下步骤：
(1)假定活塞处于内腔最小标定位置时，岩心孔隙与内腔容积之和为V；假定活塞运动过程中每一个计算区间内计算起始点的时刻为t1(即活塞累积运动时间)，内腔压力为P，岩心孔隙与内腔容积之和为V0，岩心孔隙与内腔容积的气体换算到大气状态下的体积为Vt；
(2)活塞在t1时刻后运动dt时间，则内腔中的压力为P+dP，岩心孔隙与内腔容积的气体换算到大气状态下的体积为Vt+dV；
(3)在测量和计算过程中，将运动过程分为若干个等时间间隔的计算区间Δt，计算区间内计算起始点的时刻为t1，计算区间内计算终止点的时刻为t2，则Δt＝t2-t1为定值；
(4)活塞在t1时刻，根据大气压平衡原理，则有P0Vt＝PV0；
(5)活塞运动dt时间，根据大气压平衡原理，则有P0(Vt+dV)＝(P+dP)(V0+vAdt)；
(6)根据气体达西定律，则有
式中，A'—岩心横截面积，cm2；考虑到内腔横截面积与岩心横截面积A'的区别很小，近似相等，所以假设A'＝A。
(7)由步骤(4)-(6)中的公式整理得到
(8)将步骤(7)中的公式定积分得到
其中，
(9)根据活塞运动位置关系，则有V0＝V+At1v；
(10)将步骤(9)中的公式代入步骤(8)中的公式即可得到岩心气体表观渗透率。
作出活塞运动过程中每一个计算区间内压差的倒数与岩心气体表观渗透率的关系图，拟合直线，该直线与岩心气体表观渗透率的轴截距即为岩心气测渗透率。
以人造砂岩岩样G-45为例进行计算，岩心直径为2.5cm，岩心长度为7.376cm，内腔直径近似等于2.5cm，大气压为0.1013MPa，气体粘度为0.018448mPa·s，活塞开始运动时刻内腔与岩石孔隙的总体积为17.185cm3，岩石孔隙体积可忽略不计，活塞匀速运动的速度为0.5cm/s，将记录的数据进行处理，作出1/P～K的关系图，如图6所示，可知该岩心气测渗透率为103.92mD。
实施例二：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为3.0cm；手摇液压泵对岩心施加0.5MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为0.1cm/s。如图3所示，便携式岩心气测渗透率测量装置中的压力传感器凸出筒体的内壁。筒体由不锈钢材料制成，筒体长度为60cm，筒体壁厚为1.0cm，活塞厚度为3.5cm。活塞驱动装置中的电源为电池，电池放置于嵌入筒体壁中的电源槽内。
实施例三：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为8.0cm；手摇液压泵对岩心施加3.0MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为0.8cm/s。筒体由不锈钢材料制成，筒体长度为55cm，筒体壁厚为0.8cm，活塞厚度为4.0cm。
实施例四：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为6.5cm；手摇液压泵对岩心施加1.2MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为1.0cm/s。筒体由不锈钢材料制成，筒体长度为50cm，筒体壁厚为0.6cm，活塞厚度为3.5cm。
实施例五：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为5.5cm；手摇液压泵对岩心施加1.5MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为10cm/s。筒体由铝合金材料制成，筒体长度为80cm，筒体壁厚为1.0cm，活塞厚度为4.5cm。
实施例六：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为7.5cm；手摇液压泵对岩心施加2.0MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为5.0cm/s。筒体由铝合金材料制成，筒体长度为75cm，筒体壁厚为3.0cm，活塞厚度为5.0cm。
实施例七：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为6.825cm；手摇液压泵对岩心施加2.5MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为1.5cm/s。筒体由镁合金材料制成，筒体长度为70cm，筒体壁厚为5.0cm，活塞厚度为4.0cm。
实施例八：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为7.553cm；手摇液压泵对岩心施加1.8MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为5.5cm/s。筒体由镁合金材料制成，筒体长度为65cm，筒体壁厚为4.0cm，活塞厚度为4.5cm。
实施例九：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为8.0cm；小型手摇液压泵对岩心施加2.2MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为2.5cm/s。如图3所示，便携式岩心气测渗透率测量装置中的压力传感器凸出筒体的内壁。筒体由铝合金材料制成，筒体长度为58cm，筒体壁厚为4.5cm，活塞厚度为4.0cm。活塞驱动装置中的电源为电池，电池放置于嵌入筒体壁中的电源槽内。
实施例十：
岩心气测渗透率的测量方法、所使用的测量装置及岩心气体表观渗透率的计算公式和推导过程与实施例一相同，不同的是：岩心的长度为4.0cm；小型液压泵对岩心施加1.9MPa的围压；活塞做匀速运动的速度为3.3cm/s。如图3所示，便携式岩心气测渗透率测量装置中的压力传感器凸出筒体的内壁。筒体由铝合金材料制成，筒体长度为68cm，筒体壁厚为4.3cm，活塞厚度为3.8cm。活塞驱动装置中的电源为电池，电池放置于嵌入筒体壁中的电源槽内。
本领域技术人员不难理解，本发明的岩心气测渗透率的测量方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (25)
1.一种岩心气测渗透率的测量方法，包括以下步骤：
(1)调试岩心气测渗透率测量装置，并检查测量装置的气密性；
(2)测量岩心的直径和长度，将测量值输入计算芯片；
(3)将岩心放置于橡胶套内，通过液压泵给岩心施加围压；
(4)将活塞推至内腔最小标定位置，关闭放空阀；
(5)压力传感器测量起始时刻内腔中的压力，设定活塞运动速度，开启活塞驱动装置，压力传感器记录内腔压力变化和活塞运动时间，并将数据实时输入计算芯片，活塞驱动装置将活塞移动至内腔最大标定位置时停止工作，计算芯片计算岩心气体表观渗透率，进而计算岩心气测渗透率并储存，完成第一次测量过程；
(6)打开放空阀，平衡内腔压力后，关闭放空阀，重复步骤(5)，活塞驱动装置将活塞移动至内腔最小标定位置，进行第二次测量；
(7)计算芯片计算两次测量值的平均值，即为最终的岩心气测渗透率，并通过液晶显示器显示出来；
其特征在于：所述活塞做匀速运动，所述岩心气体表观渗透率的计算公式为
其中，
式中，K—岩心气体表观渗透率，D；
A—内腔横截面积，cm2；
L—岩样长度，cm；
P1、P2—活塞运动到t1时刻和t2时刻，内腔中的压力值，0.1MPa；
P0—大气压力，0.1MPa；
μ—气体粘度，mPa·s；
v—活塞运动速度，cm/s；
该计算公式为活塞运动过程中每一个计算区间的岩心气体表观渗透率的计算公式。
2.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：重复步骤(5)，进行多次测量，计算芯片计算多次测量值的平均值，即为最终的岩心气测渗透率，并通过液晶显示器显示出来。
3.如权利要求1或2所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述岩心气测渗透率测量装置为便携式岩心气测渗透率测量装置。
4.如权利要求3所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述便携式岩心气测渗透率测量装置包括岩心、压力传感器、筒体、液压泵、橡胶套、活塞、活塞驱动装置、计算芯片与液晶显示器、放空阀。
5.如权利要求4所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述岩心放置于筒体内，所述橡胶套设置于岩心与筒体之间，所述液压泵设置于筒体的外侧，并与所述橡胶套相连，所述活塞和所述活塞驱动装置设置于筒体内，所述岩心的一个端面与所述活塞之间形成内腔，所述压力传感器、所述计算芯片与液晶显示器和所述放空阀设置于筒体的外侧，并与所述内腔相连。
6.如权利要求4或5所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述液压泵为手摇液压泵。
7.如权利要求4或5所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述压力传感器嵌入筒体壁中。
8.如权利要求4或5所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述压力传感器凸出筒体的内壁。
9.如权利要求4或5所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述岩心的一个端面与所述筒体的一端平齐，另一个端面在筒体的内部。
10.如权利要求4或5所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述岩心的一个端面凸出所述筒体的一端，另一个端面在筒体的内部。
11.如权利要求4或5所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述活塞驱动装置设置于筒体的一端，与所述岩心相对。
12.如权利要求11所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述活塞驱动装置包括驱动电机、滚轮、电源。
13.如权利要求12所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述驱动电机与所述滚轮相连，所述滚轮与活塞杆上的齿条啮合。
14.如权利要求12所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述电源嵌入筒体壁中。
15.如权利要求12所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述电源为电池。
16.如权利要求15所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述电池放置于嵌入筒体壁中的电源槽内。
17.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述岩心的直径为2.5cm。
18.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述岩心的长度为3.0-8.0cm。
19.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述内腔最小标定位置为活塞与岩心在筒体内的端面的距离为3.5cm处。
20.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述内腔最大标定位置为活塞移动至活塞驱动装置处。
21.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述液压泵给岩心施加的围压为0.5-3.0MPa。
22.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述活塞的运动速度为0.1-10cm/s。
23.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述岩心气体表观渗透率的计算公式的推导方法按照先后顺序包括以下步骤，
(1)假定活塞处于内腔最小标定位置时，岩心孔隙与内腔容积之和为V；假定活塞运动过程中每一个计算区间内计算起始点的时刻为t1，内腔压力为P，岩心孔隙与内腔容积之和为V0，岩心孔隙与内腔容积的气体换算到大气状态下的体积为Vt；
(2)活塞在t1时刻后运动dt时间，则内腔中的压力为P+dP，岩心孔隙与内腔容积的气体换算到大气状态下的体积为Vt+dV；
(3)在测量和计算过程中，将运动过程分为若干个等时间间隔的计算区间Δt，计算区间内计算起始点的时刻为t1，计算区间内计算终止点的时刻为t2，则Δt＝t2-t1为定值；
(4)活塞在t1时刻，根据大气压平衡原理，则有P0Vt＝PV0；
(5)活塞运动dt时间，根据大气压平衡原理，则有P0(Vt+dV)＝(P+dP)(V0+vAdt)；
(6)根据气体达西定律，则有
式中，A'—岩心横截面积，cm2；
(7)由步骤(4)-(6)中的公式整理得到
(8)将步骤(7)中的公式定积分得到
其中，
(9)根据活塞运动位置关系，则有V0＝V+At1v；
(10)将步骤(9)中的公式代入步骤(8)中的公式即可得到岩心气体表观渗透率。
24.如权利要求23所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：作出活塞运动过程中每一个计算区间内压差的倒数与岩心气体表观渗透率的关系图，拟合直线，该直线与岩心气体表观渗透率的轴截距即为岩心气测渗透率。
25.如权利要求1所述的岩心气测渗透率的测量方法，其特征在于：所述岩心气测渗透率的测量范围为1×10-3～3.0×104mD。
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