CN107153093A - 一种用于测量模拟储层的磁导率的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于测量模拟储层的磁导率的系统及方法。所述系统包括：高温高压仓、加压装置和磁导率测量装置；待测样品放置在所述高温高压仓内，待测样品外部缠绕金属线圈；所述加压装置对所述高温高压仓内部的待测样品施加环向压力；所述磁导率测量装置通过电缆与所述高温高压仓内的金属线圈相连，为金属线圈加载电流，并读取所述高温高压仓内产生的霍尔电势值。本发明采用增压、加温系统模拟地下天然气储层中的高温、高压环境，对现有的霍尔效应仪进行改造，以环绕样品的线圈代替原配的探头，使其满足高温高压测试的要求；由此建立一套能够全面模拟天然气储层高温、高压环境下的磁导率参数测试系统，为相关页岩气勘探技术发展服务。

Description

一种用于测量模拟储层的磁导率的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种自动检测装置，具体涉及一种能够在加温、加压条件下进行岩石磁导率测量的系统和方法。

背景技术

众所周知，随着表层油气田的不断挖掘开采，浅层油气资源变得越来越少，人们开始把探索油气资源的目标瞄向了深层油气田。而要对深层油气田进行研究，就需要模拟地下深处的高温高压环境。通过检测含油岩石在不同压力和温度条件下物理特性的变化，可以对储油层的生成、变化和迁移等进行研究，其数据对油、气田的开发有着重要的指导意义。

此外，页岩气勘探在中国南方地区已经入一个快速发展的阶段，但是由于我国复杂的地质背景，导致页岩气形成与富集地质条件的复杂，页岩气的勘探技术面临巨大的挑战。目前，除了地震勘探以外，时频电磁法、重磁法等传统勘探技术也开始在页岩气勘探中尝试应用，以应对页岩气勘探的复杂性。随着这些技术的发展，磁导率作为描述岩石物理性质的基本参数，在相关勘探技术中都是一个十分重要的参数。目前，对岩石磁导率的实验室测量都停留在常温常压环境，对于地下几千米深处的真实环境中，岩石的磁导率变化还不为所知。

因此，本领域亟需一种能够在高温高压条件下进行岩石磁导率测试的系统和方法。

发明内容

本发明是将磁导率测量技术和高温高压实验技术融合在一起，建立一套能够全面模拟天然气储层高温、高压环境下的磁导率参数测试系统，为相关页岩气勘探技术发展服务。

本发明采用增压、加温系统模拟地下天然气储层中的高温、高压环境，对现有的霍尔效应仪进行改造，以环绕样品的线圈代替原配的探头，使其满足高温高压测试的要求。

根据本发明的一个方面，提供一种用于测量模拟储层的磁导率的系统，所述系统包括：高温高压仓、加压装置和磁导率测量装置；待测样品放置在所述高温高压仓内，待测样品外部缠绕金属线圈；所述加压装置对所述高温高压仓内部的待测样品施加环向压力；所述磁导率测量装置通过电缆与所述高温高压仓内的金属线圈相连，为金属线圈加载电流，并读取所述高温高压仓内产生的霍尔电势值。

进一步地，所述高温高压仓内还设置有温度传感器和压力传感器。

进一步地，所述高温高压仓的外壳采用非金属材料制造。(如聚四氟乙烯)

进一步地，在所述高温高压仓外部设置红外加温装置。

进一步地，所述高温高压仓内部设有橡胶套管，用于包裹待测样品，将待测样品与所述高温高压仓内壁分隔开。

进一步地，所述加压装置采用液压加压方式为所述高温高压仓提供压力，液体注入到待测样品与所述高温高压仓的内壁之间。

进一步地，所述高温高压仓为圆柱形，侧面开有小孔，通过管道将所述高温高压仓内部与所述加压装置相连。

进一步地，所述磁导率测量装置为霍尔效应仪。

进一步地，待测样品的表面并行缠绕两组金属线圈，两组金属线圈连接到与所述霍尔效应仪；通过第一金属线圈加载电流，通过第二金属线圈反馈回霍尔电势。

根据本发明的另一方面，提供一种用于测量模拟储层的磁导率的方法，所述方法包括以下步骤：启动加温加压过程，将高温高压仓内的待测样品加温加压至预定值；通过磁导率测量装置对待测样品外部缠绕的第一金属线圈加载电流至预定值；通过待测样品外部缠绕的第二金属线圈向磁导率测量装置反馈回霍尔电势；以及基于霍尔电势计算待测样品的磁导率。

本发明的系统能在高温、高压状态下对岩石样品进行磁导率测量，能够在温度、围压连续变化时，记录样品的磁导率参数变化。

本发明的系统检测时环境的最高温度可升至一百二十摄氏度，最高压力70兆帕，能够很好地模拟储层条件。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1显示了根据本发明一个实施例的测量模拟储层的磁导率的系统结构框图。

图2显示了根据本发明一个实施例的待测样品缠绕线圈的示意图。

图3显示了根据本发明一个实施例的测量模拟储层的磁导率的方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的一个方面，提供一种用于测量模拟储层的磁导率的系统，所述系统包括：高温高压仓、加压装置和磁导率测量装置；待测样品放置在所述高温高压仓内，待测样品外部缠绕金属线圈；所述加压装置对所述高温高压仓内部的待测样品施加环向压力；所述磁导率测量装置通过电缆与所述高温高压仓内的金属线圈相连，为金属线圈加载电流，并读取所述高温高压仓内产生的霍尔电势值。

磁导率是表征磁介质磁性的物理量。表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后、产生磁通的阻力、或者是其在磁场中导通磁力线的能力。磁导率测量的原理是霍尔效应，即运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场，与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力的作用，随着电荷积累的增加，当两力大小相等(方向相反)时，则电子积累便达到动态平衡。这时建立的电场称为霍尔电场，相应的电势差称为霍尔电势，通过测量霍尔电势可计算得到磁导率。本发明中的霍尔效应仪可在市场上购买，采用该仪器可以方便地测量材料的磁导率，但是为了适用于高温高压环境的测量，发明人对现有的霍尔效应仪进行了改造，以环绕待测样品的线圈代替原配的探头，使其满足高温高压测试的要求。

在高温高压仓内，被测样品可被加温、加压，从而实现储层环境的模拟，通过该装置可以测出样品的各个阶段表现出的有别于常温低压环境下的特性。

可选地，高温高压仓可以是圆柱形，待测样品在其内部进行加温、加压。同时高温高压仓内还可安装温度传感器和压力传感器，对舱内的温度和压力进行实时测量。对高温高压仓的外壳的要求是耐高温、高压，为了避免金属材料对测量的影响，高温高压仓的外壳一般采用耐高温、高压的非金属材料(如聚四氟乙烯)制造，外壳的耐压能力还与外壳材料的厚度有关，厚度越大，耐压能力越强。

高温高压仓内部装有橡胶套管，用于包裹待测样品，将待测样品与高温高压仓内壁分隔开，防止液体在压力作用下渗透到样品中，起到保护样品的作用。高温高压仓侧面开有小孔，通过软管将样高温高压仓内部与外部的加压装置相连，通过加压装置对高温高压仓内部施加环向压力(液体)。可选地，加压装置采用液压加压方式为高温高压仓提供压力，将液体注入到待测样品与所述高温高压仓内壁之间。高温高压仓两端采用橡胶堵头进行密封，堵头中间开有小孔，供待测样品表面缠绕的金属线圈和/或各种传感器引线与高温高压仓外的仪器连接。

高温高压仓外部，可以采用独立的红外加温装置，对高温高压仓整体进行加温。可以模拟高温高压仓内承受的最高温度以下的低温环境。可选地，最高温度可以达到120摄氏度。

加压装置采用液压加压方式为高温高压仓提供压力，最高压力70兆帕。

磁导率测量装置通过电缆与高温高压仓内的金属线圈相连，由其给金属线圈加载电流，并读取高温高压仓内所产生的霍尔电势值，计算并显示待测样品的磁导率。

根据本发明的另一方面，提供一种用于测量模拟储层的磁导率的方法，所述方法包括以下步骤：启动加温加压过程，将高温高压仓内的待测样品加温加压至预定值；通过磁导率测量装置对待测样品外部缠绕的第一金属线圈加载电流至预定值；通过待测样品外部缠绕的第二金属线圈向磁导率测量装置反馈回霍尔电势；以及基于霍尔电势计算待测样品的磁导率。

可选地，本发明的方法也可以在温度、压力连续变化时，实时测量待测样品的磁导率。例如，在启动加温加压过程后，即开始通过磁导率测量装置对待测样品外部缠绕的第一金属线圈加载电流；并且实时或者间隔地记录通过待测样品外部缠绕的第二金属线圈反馈的霍尔电势，从而计算测样品的磁导率。由此可以测量从启动加温加压过程到加温加压至预定值的整个过程中待测样品的磁导率。

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

如图1和图2所示，本发明一个实施例的用于测量模拟储层的磁导率的系统1包括：高温高压仓3、加压装置4和霍尔效应仪2；待测样品7放置在高温高压仓3内，待测样品7外部缠绕金属线圈8和9；加压装置4对高温高压仓3内部的待测样品7施加环向压力；霍尔效应仪2通过电缆与高温高压仓3内的金属线圈8、9相连，为金属线圈8、9加载电流，并读取高温高压仓3内产生的霍尔电势值。加热单元5为红外加温装置，设置在高温高压仓3外部，为高温高压仓3整体加温。

在本实施例中，高温高压仓3为圆柱体，待测样品7被耐高温、高压的胶套6密封包裹后，放置于高温高压仓3内。在本实施例中，加压装置4为油压系统，液压泵经管道连接到高温高压仓3内。可以通过计算机控制向待测样品的外部施加围压。待测样品7可以为圆柱形，表面缠绕金属线圈8、9，待测样品7和金属线圈8、9都置于胶套6内，金属线圈8、9通过电缆与霍尔效应仪相连。霍尔效应仪给金属线圈8、9加载电流并读取反馈的霍尔电势值，从而计算磁导率。

在本实施例中，待测样品7的表面缠绕两组金属线圈，第一金属线圈8和第二金属线圈9，两组金属线圈并行缠绕，每两环之间的间隔保持在0.5厘米。金属线圈8、9两头通过高温高压仓3两端的孔与霍尔效应仪相连接。霍尔效应仪通过第一金属线圈8加载电流，通过第二金属线圈9反馈回霍尔电势，从而计算并显示磁导率。

参照图3，描述根据本发明一个实施例的测量方法。按照本实施例，提供一种用于测量模拟储层的磁导率的方法，所述方法包括以下步骤：

首先，启动加温加压过程；

将高温高压仓内的待测样品加温加压至预定值；

通过磁导率测量装置对待测样品外部缠绕的第一金属线圈加载电流至预定值；

通过待测样品外部缠绕的第二金属线圈向磁导率测量装置反馈回霍尔电势；以及

基于霍尔电势计算待测样品的磁导率。

此外，本发明的方法可以利用计算机控制整个测量过程，例如预先在计算机中设置试验温度、压力，并加载参数。然后启动加温加压过程进行测量。可以将反馈回的霍尔电势传输到计算机，由计算机基于霍尔电势计算待测样品的磁导率并显示测量结果。

本发明采用增压、加温系统模拟地下天然气储层中的高温、高压环境，对现有的霍尔效应仪进行改造，以环绕样品的线圈代替原配的探头，使其满足高温高压测试的要求；由此建立一套能够全面模拟天然气储层高温、高压环境下的磁导率参数测试系统，为相关页岩气勘探技术发展服务。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于，所述系统包括：高温高压仓、加压装置和磁导率测量装置；

待测样品放置在所述高温高压仓内，待测样品外部缠绕金属线圈；

所述加压装置对所述高温高压仓内部的待测样品施加环向压力；

所述磁导率测量装置通过电缆与所述高温高压仓内的金属线圈相连，为金属线圈加载电流，并读取所述高温高压仓内产生的霍尔电势值。

2.根据权利要求1所述的用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于，所述高温高压仓内还设置有温度传感器和压力传感器。

3.根据权利要求1所述的用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于，所述高温高压仓的外壳采用非金属材料制造。(如聚四氟乙烯) 。

4.根据权利要求1所述的用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于，在所述高温高压仓外部设置红外加温装置。

5.根据权利要求1所述的用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于，所述高温高压仓内部设有橡胶套管，用于包裹待测样品，将待测样品与所述高温高压仓内壁分隔开。

6.根据权利要求5所述的用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于，所述加压装置采用液压加压方式为所述高温高压仓提供压力，液体注入到待测样品与所述高温高压仓的内壁之间。

7.根据权利要求1所述的用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于， 所述高温高压仓为圆柱形，侧面开有小孔，通过管道将所述高温高压仓内部与所述加压装置相连。

8.根据权利要求1所述的用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于，所述磁导率测量装置为霍尔效应仪。

9.根据权利要求8所述的用于测量模拟储层的磁导率的系统，其特征在于，待测样品的表面并行缠绕两组金属线圈，两组金属线圈连接到与所述霍尔效应仪；

通过第一金属线圈加载电流，通过第二金属线圈反馈回霍尔电势。

10.一种用于测量模拟储层的磁导率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

启动加温加压过程，将高温高压仓内的待测样品加温加压至预定值；

通过磁导率测量装置对待测样品外部缠绕的第一金属线圈加载电流至预定值；

通过待测样品外部缠绕的第二金属线圈向磁导率测量装置反馈回霍尔电势；以及

基于霍尔电势计算待测样品的磁导率。