CN108827859A - 一种氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测试多孔材料的渗透性，孔隙体积或孔隙表面积技术领域，公开了一种氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置及方法，上密封腔室的法兰盘与下密封腔室的法兰盘通过螺栓固定；第二氡浓度测量仪通过软管与上密封腔室闭环连接，用于对上密封腔室中的氡浓度监测；第一氡浓度测量仪通过软管与下密封腔室闭环连接，用于对下密封腔室中的氡浓度监测。本发明根据氡气穿透不同孔隙度的岩石样品时扩散特性不同的原理反算出岩石样品孔隙度，扩散期间岩石介质内外不存在压力差，不会对岩石介质原有孔隙产生破坏；测量装置结构简单，测量人员无需经过复杂的专业培训即可操作；无需投入其他额外人力、物力；耗电量极低。
Description
技术领域
本发明属于测试多孔材料的渗透性，孔隙体积或孔隙表面积技术领域，尤其涉及一种氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置及方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：孔隙度是岩石中气体输运过程以及油气储藏的关键参数，其演化规律不仅是基础地质学研究的基本规律之一，也是石油地质应用领域中不可缺少的重要理论依据，因为在油气成藏过程中地层孔隙度是控制油气运移聚集的关键因素之一。按照测量环境来分，岩石孔隙度测定方法主要有实验室测量和参数反演两种，常规实验室测定方法又可细分为液体饱和称重法、气体压缩膨胀法以及核磁共振法等；常规参数反演方法又可细分为地震资料反演法、测井资料(中子伽马、密度等)反演法、泥质含量反演法等。近几年来，国内已有学者对放射性伽马能谱法、原位渗透率反演法等一些新的岩石孔隙度测定方法进行了探索和研究。常规实验室孔隙度测定方法是将将岩石样品浸入气体或者液体中，通过压力将气体和液体注入到样品孔隙中，测量注入前后液体或气体的体积或压力变化从而计算出岩石孔隙度，这样就会不同程度上改变了岩石样品的原有孔隙特征，最终降低了孔隙度测量值的准确性。与此同时，由于常规实验室测定方法中存在较大的压力差，这就使得对岩石样品和测量装置连接处的密封性要求极高，并且气体或液体的注入以及压差的测量需要真空泵、复杂的控制管路以及精密的传感器来实现，这就使得测量仪器较为昂贵、体积笨重、功耗高、测量手续复杂。反演方法主要采用绞车将传感器放入钻井中，通过伽马射线、自然电位、声波等手段间接测量出岩层孔隙度，这种方法适用于储层尺度的孔隙度反演计算，无法应用于小尺度的岩石样品孔隙度测量。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)常规实验室孔隙度测定方法中人为地向岩石孔隙中注入的气体或浸入的液体不同程度上会改变岩石样品的原有孔隙特征，降低了孔隙度测量值的准确性。
(2)常规实验室测定方法还存在对测量仪器的密封性要求极高、仪器昂贵、体积笨重、功耗高、测量手续复杂。
(3)反演方法主要适用于储层尺度的孔隙度反演计算，无法应用于小尺度的岩石样品孔隙度测量。
解决上述技术问题的难度和意义：
本发明实现的难度主要在于不再采用常规实验室孔隙度测定方法中人为地向岩石孔隙中注入气体或浸入液体来测量岩石样品孔隙度，而是利用氡气的强扩散性和放射性，通过扩散原理来测量岩石样品的孔隙度。这样就避免破坏岩石样品原有孔隙特征，提高孔隙度测量值的准确性，同时对测量装置密封工艺的改进大大简化了仪器和测量手续，适用于在小尺度岩石样品孔隙度实验室测量方面的推广使用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置及方法。
本发明是这样实现的，一种氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置，所述氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置设置有：
上密封腔室、下密封腔室；
上密封腔室的法兰盘与下密封腔室的法兰盘通过螺栓固定；
第二氡浓度测量仪通过软管与上密封腔室闭环连接，用于对上密封腔室中的氡浓度监测；
第一氡浓度测量仪通过软管与下密封腔室闭环连接，用于对下密封腔室中的氡浓度监测。
进一步，载样环平放于下密封腔室顶部的法兰盘中心位置凹槽内，载样环与下密封腔室之间放置密封垫圈；
扰动风扇固定放置于下密封腔室内部中心位置。
进一步，所述上密封腔室连接第二温度计，并通过软管连接至气压压差计的低压进气口；下密封腔室连接第一温度计，并通过软管连接至气压压差计的高压进气口。
进一步，所述第一温度计和第二温度计的温度数据用于修正岩石样品的孔隙度计算值；气压压差计用于监测上密封腔室和下密封腔室之间的气压压差情况。
进一步，干燥器填充有干燥剂，对下密封腔室中的气体进行循环干燥；过滤器连接在干燥器的后端。
进一步，氡气发生器前端进气口通过软管与第一电磁阀后端出气口以及第五电磁阀后端出气口连接；
氡气发生器后端出气口通过软管与第二电磁阀后端出气口以及微型抽气泵前端进气口连接；微型抽气泵后端出气口通过软管与第三电磁阀前端进气口以及第四电磁阀前端进气口连接；第二电磁阀前端进气口以及第五电磁阀前端进气口通过软管与下密封腔室连接；第四电磁阀后端出气口通过软管与干燥器前端进气口连接；第一电磁阀前端进气口以及第三电磁阀后端出气口通过软管与大气连接。
进一步，岩石样品平放于载样环中心位置，两者接触面涂抹上一层密封油。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
1、非破坏性：利用氡气(222Rn)自身放射性、强扩散性以及化学惰性，根据氡气(222Rn)穿透不同孔隙度的岩石样品时扩散特性不同的原理反算出岩石样品孔隙度，扩散期间岩石介质内外不存在压力差，不会对岩石介质原有孔隙产生破坏，且密封工艺简单、密封性好(装置密封性测试结果如图4所示)。
2、较高准确性：本发明主要利用氡气的扩散机理，通过上下密封腔室中氡浓度变化情况来计算出岩石样品的孔隙度，计算数据量较多，孔隙度计算结果准确(图5为采用已知孔隙度的岩石样品进行上下密封腔室中氡浓度变化计算值与实验测量值的对比结果)。
3、易操作性：本发明主要分为上下两个密封腔室，结构简单、测量人员无需经过复杂的专业培训即可操作。
4、便捷性：将岩石样品与本测量装置安装完成后，只需在本测量装置上连接两台测氡仪即可进行数据自动监测，无需投入其他额外人力、物力。
5、功耗低：本发明所有电气部件功耗约15瓦特(不含测氡仪功耗)，耗电量极低。
本发明与常规实验室孔隙度测量装置主要性能对比结果
附图说明
图1是本发明实施例提供的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置结构示意图；
图2是本发明实施例提供的上密封腔室与下密封腔室法兰连接处示意图；
图3是本发明实施例提供的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量方法流程图；
图4是本发明实施例提供的测量装置密封性测试结果示意图；
图5是本发明实施例提供的孔隙度为0.11的岩石样品上下腔室中氡浓度变化情况示意图；
图中：1、上密封腔室；2、下密封腔室；3、法兰盘；4、岩石样品；5、扰动风扇；6、密封油；7、载样环；8、密封垫圈；9、螺栓；10、干燥器；11、干燥剂；12、过滤器；13、温度计；14、气压压差计；15、温度计；16、氡气发生器；17、微型抽气泵；18、第一电磁阀；19、第二电磁阀；20、第三电磁阀；21、第四电磁阀；22、第五电磁阀；23、第一氡浓度测量仪；24、第二氡浓度测量仪；25、软管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明利用氡气(222Rn)自身放射性、强扩散性以及化学惰性来解算岩石样品的孔隙度，扩散期间岩石样品内外不存在压力差，不会对岩石介质原有孔隙产生破坏，且操作简单，只需在本测量装置上连接两台测氡仪即可进行数据自动监测，无需投入其他额的外人力、物力。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置包括：上密封腔室1、下密封腔室2、法兰盘3、岩石样品4、扰动风扇5、密封油6、载样环7、密封垫圈8、螺栓9、干燥器10、干燥剂11、过滤器12、第一温度计13、气压压差计14、第二温度计15、氡气发生器16、微型抽气泵17、第一电磁阀18、第二电磁阀19、第三电磁阀20、第四电磁阀21、第五电磁阀22、第一氡浓度测量仪23、第二氡浓度测量仪24、软管25。
岩石样品4平放于载样环7中心位置，两者接触面均匀涂抹上一层密封油6，防止下密封腔室2中的氡气从岩石样品4与载样环7之间的缝隙泄露至上密封腔室1中。载样环7平放于下密封腔室2顶部的法兰盘3中心位置凹槽内，载样环7与下密封腔室2之间放置密封垫圈8，且上密封腔室1和下密封腔室2的法兰盘3之间放置密封垫圈8，防止下密封腔室2中的氡气从载样环7与下密封腔室2之间的缝隙泄露至上密封腔室1中。上密封腔室1的法兰盘3与下密封腔室2的法兰盘3通过螺栓9进行固定。扰动风扇5固定放置于下密封腔室2内部中心位置，扩散期间开启扰动风扇5，使得下密封腔室2中的氡气均匀弥散。
上密封腔室1连接第二温度计15，并通过软管25连接至气压压差计14的低压进气口；下密封腔室2连接第一温度计13，并通过软管25连接至气压压差计14的高压进气口。第一温度计13和第二温度计15的温度数据用于修正岩石样品4的孔隙度计算值；气压压差计14用于监测上密封腔室1和下密封腔室2之间的气压压差情况，当该气压压差大于一定值时需要对密封腔室1或下密封腔室2进行泄压，防止密封腔室1和下密封腔室2中的氡气产生对流交换。
干燥器10填充有干燥剂11，对下密封腔室2中的气体进行循环干燥；过滤器12连接在干燥器10的后端，防止干燥器10中的干燥剂11微粒进入下密封腔室2。
氡气发生器16提供氡气气源，氡气发生器16前端进气口通过软管25与第一电磁阀18后端出气口以及第五电磁阀22后端出气口连接；氡气发生器16后端出气口通过软管25与第二电磁阀19后端出气口以及微型抽气泵17前端进气口连接；微型抽气泵17后端出气口通过软管25与第三电磁阀20前端进气口以及第四电磁阀21前端进气口连接；第二电磁阀19前端进气口以及第五电磁阀22前端进气口通过软管25与下密封腔室2连接；第四电磁阀21后端出气口通过软管25与干燥器10前端进气口连接；第一电磁阀18前端进气口以及第三电磁阀20后端出气口通过软管25与大气连接。
第一电磁阀18、第三电磁阀20以及微型抽气泵17开启(其余电磁阀关闭)，排除氡气发生器16中累积的氡气。
第四电磁阀21、第五电磁阀22以及微型抽气泵17开启(其余电磁阀关闭)，氡气发生器16向下密封腔室2中补充氡气。
第二电磁阀19、第四电磁阀21以及微型抽气泵17开启(其余电磁阀关闭)，干燥器10对下腔室2中的气体进行循环干燥。
第二电磁阀19、第三电磁阀20以及微型抽气泵17开启(其余电磁阀关闭)，在测量结束后排出下密封腔室2中的氡气。
第二氡浓度测量仪24通过软管25与上密封腔室1闭环连接，对上密封腔室1中的氡浓度进行监测；第一氡浓度测量仪23通过软管25与下密封腔室2闭环连接，对下密封腔室2中的氡浓度进行监测。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图1和图2所示，上密封腔室1与下密封腔室2通过法兰盘3和螺栓9进行固定连接，载样环7平放于下密封腔室2顶部，载样环7上下端面放置密封垫圈8进行密封，岩石样品4平放于载样环7内部，且岩石样品4与载样环7接触面之间填充密封油6进行密封。上密封腔室1与下密封腔室2分别连接第一氡浓度测量仪23、第二氡浓度测量仪24进行氡浓度测量。上密封腔室1与下密封腔室2同时连接至一个气压压差计14上进行上密封腔室1与下密封腔室2中气压差的监测。上密封腔室1与下密封腔室2分别连接第一温度计13、第二温度计15进行温度测量。干燥器10填充有干燥剂11，对下密封腔室2中的气体进行干燥。过滤器12连接在干燥器后端，防止干燥器10中的干燥剂11微粒进入下密封腔室2。氡气发生器16为本发明测量装置提供氡气气源，微型抽气泵17与第一电磁阀18、第二电磁阀19、第三电磁阀20、第四电磁阀21、第五电磁阀22控制氡气气流的流动方向。
上密封腔室1与下密封腔室2材料为有机玻璃或者其他密封性固体材料，材料需具有在-10℃～60℃、-0.5MPa～+0.5MPa环境条件下引起的腔室体积变化小于等于0.01％的特性。
本发明的岩石样品4为具有一定均匀厚度的圆形多孔岩石介质；氡气发生器16为固体镭源容器，容器两端各有一个手动阀；干燥剂11为硫酸钙干燥；过滤器12为多孔玻璃纤维过滤器；密封油6为硅脂润滑脂；第一温度计13、第二温度计15为探针式电子温度计；软管25为硅胶软管。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置，其特征在于，所述氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置设置有：
上密封腔室、下密封腔室；
上密封腔室的法兰盘与下密封腔室的法兰盘通过螺栓固定；
第二氡浓度测量仪通过软管与上密封腔室闭环连接，用于监测上密封腔室中的氡浓度；
第一氡浓度测量仪通过软管与下密封腔室闭环连接，用于监测下密封腔室中的氡浓度。
2.如权利要求1所述的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置，其特征在于，载样环平放于下密封腔室顶部的法兰盘中心位置凹槽内，载样环与下密封腔室之间放置密封垫圈；
扰动风扇固定放置于下密封腔室内部中心位置。
3.如权利要求1所述的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置，其特征在于，所述上密封腔室连接第二温度计，并通过软管连接至气压压差计的低压进气口；下密封腔室连接第一温度计，并通过软管连接至气压压差计的高压进气口。
4.如权利要求3所述的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置，其特征在于，所述第一温度计和第二温度计的温度数据用于修正岩石样品的孔隙度计算值；气压压差计用于监测上密封腔室和下密封腔室之间的气压压差情况。
5.如权利要求1所述的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置，其特征在于，干燥器内填充有干燥剂，对下密封腔室中的气体进行循环干燥；过滤器连接在干燥器的后端。
6.如权利要求1所述的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置，其特征在于，氡气发生器前端进气口通过软管与第一电磁阀后端出气口以及第五电磁阀后端出气口连接；
氡气发生器后端出气口通过软管与第二电磁阀后端出气口以及微型抽气泵前端进气口连接；微型抽气泵后端出气口通过软管与第三电磁阀前端进气口以及第四电磁阀前端进气口连接；第二电磁阀前端进气口以及第五电磁阀前端进气口通过软管与下密封腔室连接；第四电磁阀后端出气口通过软管与干燥器前端进气口连接；第一电磁阀前端进气口以及第三电磁阀后端出气口通过软管与大气连接。
7.如权利要求1所述的氡气扩散式岩石有效孔隙度测量装置，其特征在于，岩石样品平放于载样环中心位置，两者接触面涂抹上一层密封油。
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