CN104729974B

CN104729974B - 一种考虑温度效应的气测孔隙度测量方法

Info

Publication number: CN104729974B
Application number: CN201510181700.XA
Authority: CN
Inventors: 邓少贵; 牛云峰; 葛新民; 范宜仁; 张艳; 严杰; 王世兴; 赵岳; 庄东志
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2035-04-16
Also published as: CN104729974A

Abstract

本发明涉及一种考虑温度效应的气测孔隙度测量方法，属于实验室岩心孔隙度测量领域，是一种基于理想气体状态方程的孔隙度测量方法，其含有以下步骤：(一)考虑测量过程中的温度变化，根据测定的平衡压力P获得未知气室体积V；(二)标定已知气室体积V_k和测量体系的压变系数G；(三)确定岩心骨架体积；(四)确定岩心孔隙度。本发明的测量方法不仅考虑了温度效应对岩心气测孔隙度的影响，在理论上弥补了波义耳定律在孔隙度上的不足，而且编制了温度效应因子与岩心骨架体积关系的理论图版。本发明的设备也能完全实现本发明方法的测量要求。因此，该发明岩石物理基础更完善，预测精度更高。

Description

一种考虑温度效应的气测孔隙度测量方法

技术领域

本发明属于实验室岩心孔隙度测量领域，具体地说，涉及一种考虑温度效应的气测孔隙度测量方法。

背景技术

在岩石物理学中，孔隙度是岩心的基本参数之一，被广泛的应用于储层评价之中。在实验室测量中，岩心孔隙度的测量相对其他岩心参数的测量而言，其测量方法比较多，常见的有：饱和称重法、核磁测量法、图像统计法、气体测量法等。这些方法之中，饱和称重法测量较为准确，但其过程漫长且存在岩心饱和状态监测困难、称重存在系统误差等缺点；核磁测量法由于设备噪声干扰等原因，其测量孔隙度往往比岩心实际孔隙度小很多；图像统计法由于图形处理技术的问题往往只能称作是对孔隙度的一种估计。

目前，实验室测量孔隙度广泛使用的是气体测量法。气体测量法的基本原理是波义耳定律，波义耳定律的使用条件之一是温度恒定。而在实验室测量条件下往往很难实现真正意义上的温度恒定。因此，从气体扩散到岩心室开始到最终气压平衡的温度变化必定会产生孔隙度测量误差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种简单、精确有效的考虑温度效应的气测孔隙度测量方法。

本发明的技术方案是：一种考虑温度效应的气测孔隙度测量方法，含有以下步骤：

(一)考虑测量过程中的温度变化，根据测定的平衡压力P获得未知气室体积V；

测量已知气室体积V_k与标准压力P_k，气体在已知气室体积V_k与标准压力P_k下扩散到未知气室体积V中，扩散后测量最终平衡压力为P，考虑测量过程中的两个气室的温度变化，未知体积气室V用理想气体状态方程求得，理想气体状态方程的表达式如下：

式中，P_k、V_k分别为已知气室标准压力和体积，P为最终平衡压力，V为未知气室体积，T₁为扩散发生的瞬时温度，T₂为最终平衡时岩心室温度；

由公式(1)进一步得到：

低压状态下的真实气体可以等效为理想气体，其在弹性气体中膨胀，考虑到气室壁的压变性，忽略次要因素并舍弃高次项，得到基础公式：

式中，G为测量体系的压变系数，P₀为大气压；

在已知气室体积V_k、标准压力P_k和测量体系的压变系数G已知的情况下，由公式(3)可知，未知室体积V是平衡压力P及的函数，测定平衡压力P及测量过程中的温度变化即可获得未知室体积V。

(二)标定已知气室体积V_k和测量体系的压变系数G；

采用4块标准钢块对已知气室体积V_k和测量体系的压变系数G进行标定，具体标定方法为：测量岩心室中装1、2、3、4号钢块的平衡压力P₁，测量在岩心室中装2、3、4号钢块时的平衡压力P₂，测量在岩心室中装1、2、4号钢块时的平衡压力P₃，分别表达出不同的未知室体积V₁、V₂和V₃；

将三个等式联立得到已知气室体积V_k和测量体系的压变系数G的标定式：

式中，B、C、D、E均为参数，参数值通过测试过程中的压力进行表达。

(三)确定岩心骨架体积；

岩心室空载时得到的平衡压力为P₁，则未知室体积为：

岩心室装入待测岩心时得到的平衡压力为P₂，则未知室体积为：

岩心骨架体积为：

V_G＝V₁-V₂ (8)

将定义为温度效应因子并用A表示，则岩心骨架体积可以表示为：

根据上述公式，在不同温度效应因子、不同平衡压力条件下，对岩心骨架体积进行数值模拟。

(四)确定岩心孔隙度；

采用SY/T5336-2006《岩心分析方法》中规定的尺寸测量法确定岩心总体积，其表达式为：

则岩心孔隙度表示为：

测量标准压力P_k，将使用的平衡压力乘以温度效应因子带入公式(11)中计算出来的孔隙度即为考虑温度效应后的孔隙度。

进一步的，上述测量方法中，所述步骤(一)中，采用测压分辨率为0.001MP_a的压力传感器测量压力；采用测温分辨率为0.01℃的高精密数字温度计测量温度。

进一步的，上述测量方法中，所述步骤(三)中，所述的数值模拟条件为：P_k＝0.600MP_a，P₀＝0.101MP_a，P₁＝0.400MP_a，V_k＝59.149cm³，G＝-13.1132，B＝0.1109，C＝0.0632，D＝0.0278，E＝0.0168；平衡压力P₂从0.4到0.6每隔0.02进行一次取值，温度效应因子A从0到2每隔0.2取一次值。

进一步的，上述测量方法中，采用孔隙度测量设备进行孔隙度的测量，所述的孔隙度测量设备包括气源瓶、气压控制装置、气压微调装置、已知气室和岩心室，气源瓶上端连接有气源瓶解压装置，控制测量设备的最大测量气压；所述气源瓶解压装置联通有气源联通阀门，控制气源的通断；所述气源联通阀门依次与气压微调装置和气压控制装置连接，其中，气压控制装置控制大体气压，气压微调装置将孔隙度测试设备压力调制标准压力；所述气压控制装置连接所述已知气室，所述已知气室与岩心室之间联通有测试阀门，测试阀门将已知气室定量气体扩散至岩心室；已知气室与测试阀门之间连接有气压测量装置，已知气室与岩心室之间连接有温度测量装置；所述气压测量装置和温度测量装置均连接信号采集装置，所述信号采集装置与数字显示装置连接。

本发明的有益效果是：本发明利用理想气体状态方程测量和计算孔隙度，而不是波义耳定律，规避了温度变化对实验室孔隙度测量产生的误差，测量的岩心孔隙度更加精确的反映岩心实际孔隙度；而且本发明还编制了温度效应因子与岩心骨架体积关系的理论图版。利用本发明的方法，将其测量结果分别与标准孔隙度、核磁测量法、不考虑温度效应的气体测量法孔隙度进行对比，对比结果显示，本发明考虑温度效应后多次重复测试结果更稳定且更接近标准孔隙度测得的岩心孔隙度。本发明采用的孔隙度测试设备能完全实现本发明方法的测量要求，因此，本发明岩石物理基础更完善，预测精度更高。

附图说明

图1为本发明孔隙度测量设备的结构示意图。

图2为本发明在不同平衡压力、不同温度效应因子下的岩心骨架体积数值模拟结果图。

图3为本发明具体实施例1的实验结果对比图。

图4为本发明具体实施例2的实验结果对比图。

图5为本发明具体实施例3的实验结果对比图。

图中，1-气源瓶解压装置，2-气源联通阀门，3-气压控制装置，4-测试阀门，5-气源瓶，6-气压微调装置，7-已知室，8-气压测量装置，9-岩心室，10-温度测量装置，11-信号采集装置，12-数字显示装置。

具体实施方式

选取砂岩岩心和碳酸盐岩岩心进行多次重复测量验证。使用的岩心按照SY/T6294-1997《油气探井分析样品现场采样规范》钻取，测量时充入测量设备的气体为纯度达到99.9％的氮气，验证过程及结果如下：

实施例1：以测量砂岩岩心孔隙度为例。

一种考虑温度效应的气测孔隙度测量方法，采用孔隙度测量设备进行孔隙度的测量，如图1所示，所述的孔隙度测量设备包括气源瓶5、气压控制装置3、气压微调装置6、已知气室7和岩心室9，气源瓶5上端连接有气源瓶解压装置1，控制测量设备的最大测量气压；所述气源瓶解压装置1联通有气源联通阀门2，控制气源的通断；所述气源联通阀门2依次与气压微调装置6和气压控制装置3连接，其中，气压控制装置3控制大体气压，气压微调装置6将孔隙度测试设备压力调制标准压力；所述气压控制装置3连接所述已知气室7，所述已知气室7与岩心室9之间联通有测试阀门4，测试阀门4将已知气室7定量气体扩散至岩心室9；已知气室7与测试阀门4之间连接有气压测量装置8，已知气室7与岩心室9之间连接有温度测量装置10；所述气压测量装置8和温度测量装置10均连接信号采集装置11，所述信号采集装置11与数字显示装置12连接。其测量步骤如下：

由公式(1)进一步得到：

式中，G为测量体系的压变系数，P₀为大气压；

上述公式中，P₀＝0.101MP_a，P_k＝0.600MP_a。

测量压力和温度时，其中，采用测压分辨率为0.001MP_a的压力传感器测量压力；采用测温分辨率为0.01℃的高精密数字温度计测量温度。

(二)标定已知气室体积V_k和测量体系的压变系数G；

打开气源瓶解压装置1，将压力控制为1.0MP_a；打开气源联通阀门2，保持气源接通；调节气压控制装置3将孔隙度测量设备压力调节至0.6MP_a，通过气压微调装置6将气压精确为0.600MP_a。

采用4块标准钢块对已知气室体积V_k和测量体系的压变系数G进行标定，具体标定方法为：测量岩心室中装1、2、3、4号钢块的平衡压力P₁，测量在岩心室中装2、3、4号钢块时的平衡压力P₂，测量在岩心室中装1、2、4号钢块时的平衡压力P₃，将测量的上述平衡压力代入公式(3)分别表达出不同的未知室体积V₁、V₂和V₃；

根据公式(4)和公式(5)，得到V_k＝59.149cm³，G＝-13.1132。

(三)确定岩心骨架体积；

岩心室空载时得到的平衡压力为P₁，则未知室体积为：

岩心骨架体积为：

V_G＝V₁-V₂ (8)

根据上述公式，在不同温度效应因子、不同平衡压力条件下，对岩心骨架体积进行数值模拟，岩心骨架体积数值模拟结果图如图2所示。

上述的数值模拟条件为：P_k＝0.600MP_a，P₀＝0.101MP_a，P₁＝0.400MP_a，V_k＝59.149cm³，G＝-13.1132，B＝0.1109，C＝0.0632，D＝0.0278，E＝0.0168；平衡压力P₂从0.4到0.6每隔0.02进行一次取值，温度效应因子A从0到2每隔0.2取一次值。具体操作如下：

在岩心室9中放入岩心，将压力控制为1.0MP_a；打开气源联通阀门2，保持气源接通；调节气压控制装置3将孔隙度测量设备压力调节至0.6MP_a，通过气压微调装置6将气压精确为0.600MP_a；记录下测试阀门4打开时已知室温度T₁，迅速打开测试阀门4，待压力平衡稳定后记录下平衡压力P₂和岩心室9温度T₂。

通过公式(9)确定岩心骨架体积。

(四)确定岩心孔隙度；

则岩心孔隙度表示为：

按照公式(10)确定岩心总体积，测量标准压力P_k，将使用的平衡压力乘以温度效应因子带入公式(11)中计算出来的孔隙度，同时计算出不考虑温度效应的岩心孔隙度。

重复测量7次，分别记录下每次测量得到的孔隙度、本实施例考虑温度效应后的孔隙度以及测量开始和结束时的温度。

实验数据如下表所示:

通过上述实验数据可知，在稳定性上，不考虑温度效应7次测量结果的方差为0.0072，考虑温度效应后7次测量结果的方差为0.0008；在精确性上，不考虑温度效应7次测量结果的平均值为10.073％，考虑温度效应后7次测量结果的平均值为10.563％。

通过上述对比实验可以发现：本实施例中，考虑温度效应后测得的孔隙度，其多次重复测试结果更稳定且更接近岩心的实际孔隙度。

本实施例考虑温度效应后测试孔隙度及其他各种孔隙度测试方法的测试结果对比图如图3所示。

实施例2：以测量碳酸盐岩的孔隙度为例，本实施中，孔隙度的测量方法及设备同实施例1。

根据实施例1中的孔隙度测量方法，重复测量7次，分别记录下每次测量得到的孔隙度、本实施例考虑温度效应后的孔隙度以及测量开始和结束时的温度。

实验数据如下表所示：

通过上述实验数据可知，在稳定性上，不考虑温度效应7次测量结果的方差为0.0178，考虑温度效应后7次测量结果的方差为0.0011；在精确性上，不考虑温度效应7次测量结果的平均值为14.606％，考虑温度效应后7次测量结果的平均值为15.604％。

本实施例考虑温度效应后测试孔隙度及其他各种孔隙度测试方法的测试结果对比图如图4所示。

实施例3：以测量火山岩的孔隙度为例，本实施中，孔隙度的测量方法及设备同实施例1。

为准确验证本发明使用效果，本实施例中，在实验室测量孔隙度时，在室温为18.01℃的基础上，将空调温度调至30℃，认为在测量过程中温度是不断上升的。

实验数据如下表所示：

通过上述实验数据可知，在稳定性上，不考虑温度效应7次测量结果的方差为0.0122，温度校正后7次测量结果的方差为0.0006；在精确性上，不考虑温度效应7次测量结果的平均值为10.521％，温度校正后7次测量结果的平均值为11.694％。

本实施例考虑温度效应后测试孔隙度及其他各种孔隙度测试方法的测试结果对比图如图5所示。

需要注意的是，本发明测量方法在考虑温度效应时应将摄氏温度转化为热力学温度进行计算。

以上所举实施例仅用为方便举例说明本发明，并非对本发明保护范围的限制，在本发明所述技术方案范畴，所属技术领域的技术人员所作各种简单变形与修饰，均应包含在以上申请专利范围中。

Claims

1.一种考虑温度效应的气测孔隙度测量方法，其特征在于：含有以下步骤：

由公式(1)进一步得到：

式中，G为测量体系的压变系数，P₀为大气压；

在已知气室体积V_k、标准压力P_k和测量体系的压变系数G已知的情况下，由公式(3)可知，未知室体积V是平衡压力P及的函数，测定平衡压力P及测量过程中的温度变化即可获得未知室体积V；

(二)标定已知气室体积V_k和测量体系的压变系数G；

式中，B、C、D、E均为参数，参数值通过测试过程中的压力进行表达；

(三)确定岩心骨架体积；

岩心室空载时得到的平衡压力为P₁，则未知室体积为：

岩心骨架体积为：

V_G＝V₁-V₂ (8)

根据上述公式，在不同温度效应因子、不同平衡压力条件下，对岩心骨架体积进行数值模拟；所述的数值模拟条件为：P_k＝0.600MP_a，P₀＝0.101MP_a，P₁＝0.400MP_a，V_k＝59.149cm³，G＝-13.1132，B＝0.1109，C＝0.0632，D＝0.0278，E＝0.0168；平衡压力P₂从0.4到0.6每隔0.02进行一次取值，温度效应因子A从0到2每隔0.2取一次值；

(四)确定岩心孔隙度；

则岩心孔隙度表示为：

2.根据权利要求1所述的考虑温度效应的气测孔隙度测量方法，其特征在于：所述步骤(一)中，采用测压分辨率为0.001MP_a的压力传感器测量压力；采用测温分辨率不低于0.01℃的高精密温度计测量温度。

3.根据权利要求1所述的考虑温度效应的气测孔隙度测量方法，其特征在于：采用孔隙度测量设备进行孔隙度的测量，所述的孔隙度测量设备包括气源瓶、气压控制装置、气压微调装置、已知气室和岩心室，气源瓶上端连接有气源瓶解压装置，所述气源瓶解压装置联通有气源联通阀门，所述气源联通阀门依次与气压微调装置和气压控制装置连接；所述气压控制装置连接所述已知气室，所述已知气室与岩心室之间联通有测试阀门，已知气室与测试阀门之间连接有气压测量装置，已知气室与岩心室之间连接有温度测量装置；所述气压测量装置和温度测量装置均连接信号采集装置，所述信号采集装置与数字显示装置连接。