CN112485175B - 一种岩石孔隙度测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种岩石孔隙度测量方法，先将视体积相等的对比物和待测岩石样品放入体积相等的对比压力容器和样品压力容器内，先采用目标压力向样品压力容器充入气体，再采用同样的目标压力向对比压力容器充入气体，用压差计测量样品压力容器和对比压力容器的压差，并放出对比压力容器的气体至两容器中压力平衡，根据放出气体的体积计算待测岩石样品的孔隙度。本方法保证了实验的准确性，精度高，实验结果可靠。本发明还基于该方法公布了基于该方法的测量装置。

Description

一种岩石孔隙度测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及煤、页岩和砂岩等岩石孔隙度的测试技术领域，特别是一种岩石孔隙度测量方法及测量装置。

背景技术

页岩气、致密砂岩气属于非常规天然气，其天然气的储层孔隙主要以纳米级为主，具有低孔、低渗的特征。孔隙度是页岩气、致密砂岩气有利目标区优选、储层评价和产能预测的关键参数之一。因此，如何准确、快速测量页岩或致密砂岩的孔隙度对勘探开发具有重要的实际意义。

目前能够测定致密岩石孔隙度的方法很多，其中常规砂岩气体法孔隙度测定仪的测量过程是这样的：首先将低压气体充入一个已知体积的参考罐，然后打开阀门向岩石样品罐放气，测定放气前后的压力，根据波义尔定律计算出孔隙体积的大小，然后得到孔隙度。该方法对孔隙较大、孔隙度较高的岩石样品是很有效的，因为气体很容易进入岩石的孔隙内，而页岩、致密砂岩、煤等致密岩石的孔隙直径小，气体分子不容易进入孔隙，达到平衡所需时间长，且气体很难进入岩石深部的孔隙中去，使测量数据的准确性受到很大的影响。

中国专利CN02155691.1，提供了“一种测定致密岩石孔隙度的方法”，先计算低气压室内气体的nRT₁值，再计算高气压室内样品的孔隙被冲入气体后的孔隙和管路的nRT₂值，再使低气压室和高气压室内的气体平衡后再测量nRT₃值，利用克拉伯龙方程计算样品的孔隙体积，但前提是要准确测量出管线死体积，同时气体平衡前后的温度T₁、T₂、T₃不能变化过大。

中国专利CN203595649，提供了“一种致密岩石颗粒体积测定装置”，该装置存在以下缺陷：(1)没有恒温装置，因此查表得到的气体压缩因子不准；(2)要求样品粉碎至粒度小于等于待测岩石样品的最小非连通孔隙，但没有进行样品粒度最优值的确定；(3)所用的压力表，高压条件下，精度低。

综上，可以看出，目前针对气体法孔隙度测试方法，在测试过程中仍存在一定的不足，本领域的技术人员期待解决存在的以下问题：采用对比方法，在尽量保证外界条件相同的条件下，对比计量出岩石孔隙体积，尽量减少所需要采集各项计算参数，从而使测量的岩石孔隙度更加准确。

发明内容

本发明旨在解决目前的测量算法复杂，且精度低的问题，提出一种岩石孔隙度测量方法,保证了实验的准确性，精度高，实验结果可靠。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种岩石孔隙度测量方法,包括以下步骤：

步骤1.取视体积为V₁的对比物和待测岩石样品分别放入体积相等的对比压力容器和样品压力容器中，用真空泵将对比压力容器和样品压力容器内气体抽出，形成真空环境；

步骤2.将充满气体且目标压力为P₁的参考压力容器与样品压力容器连通后立刻断开，记录样品压力容器的压力P₂和温度T₂；

步骤3.将充满气体且目标压力为P₁的参考压力容器与对比压力容器连通后立刻断开，记录对比压力容器的压力P₃和温度T₄；

步骤4.待样品压力容器压力降低并稳定后，比较对比压力容器与样品压力容器的压差，根据比较值间断性的使对比压力容器内的气体排出，降低对比压力容器的压力至与样品压力容器的压力相等，并记录排出的气体的体积V₂；

步骤5.抽空对比压力容器、样品压力容器、参考压力容器和管路中的气体，重复步骤1～4的操作，重复次数不少于3次，计算V₂的平均值V₃；

步骤6.待测岩石样品的孔隙度为

进一步的，所述步骤1中待测样品是天然的待测岩石通过切削形成的样品。

进一步地，所述对比物为金属材料制备的实心体。

进一步地，所述气体为氦气。

本发明的另一个目的是提供一种测量装置，基于所述的岩石孔隙度测量方法的测量装置，包括监测对比压力容器、样品压力容器、参考压力容器的压力传感器，所述对比压力容器与样品压力容器分别连通压差传感器的两个接入端口，对比压力容器与样品压力容器还分别连通参考压力容器，对比压力容器、样品压力容器与参考压力容器之间设有阀门，参考压力容器分别与增压泵、真空泵、放散阀相连，参考压力容器与增压泵、真空泵之间各设有阀门，对比压力容器还连接脉冲式流量计量装置，脉冲式流量计量装置受工控机控制能间断性的使对比压力容器内的气体排出，对比压力容器和样品压力容器体积相等。

进一步地，所述对比压力容器、样品压力容器、参考压力容器、压力传感器、阀门、压差传感器、脉冲式流量计量装置封装于恒温箱内。

进一步地，所述脉冲式流量计量装置为脉冲式计量泵。

该发明有以下特点和效果：

(1)、本发明可测量圆柱状样品，不用将待测岩石样品粉碎。

(2)、本发明涉及的方法通过恒温箱可以控制温度，能够保证在测试过程中参考压力容器、样品压力容器和对比压力容器中的温度保持恒定，减少温度对测试的影响，从而得到真实的孔隙体积。

(3)、本发明采用压差传感器，精度高，针对不同压力条件下的测试，需要选择不同量程的压差传感器，保持测量更准确；

(4)、本发明根据脉冲式计量泵/流量计计量排出气体的体积。

(5)、本发明对增压泵、阀门、压力变送器等电气元件实现自动化控制和判断，提高实验效率和控制精度的同时，消除了人为操作可能导致的误差。

附图说明

图1本发明的岩石孔隙度测试装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步地说明

如图1为一种岩石孔隙度测量的结构示意图，从图1可知包括气体增加装置：包括气瓶1、压力表一2、增压泵3、阀门一4和压力表二5、阀门二6，真空泵7、放散阀8、恒温箱18、温压传感器12、压差传感器16、脉冲式流量计量装置17、工控机20、管路一21、管路二22、管路三23、管路四24、参考压力容器9、对比压力容器14、样品压力容器15，参考压力容器9、对比压力容器14、样品压力容器15布置在恒温箱18内，参考压力容器9通过两根管路二22分别连接对比压力容器14、样品压力容器15，两根管路二22上各设有一个温度传感器/压力传感器12，和阀门四10、阀门五11，压差传感器16的两个接入端分别通过一根管路一21连接对比压力容器14、样品压力容器15，对比压力容器14还通过管路四24连接脉冲式流量计量装置17，参考压力容器9连接管路三23，气罐1通过管路三23连接参考压力容器9，气罐1和参考压力容器9之间的管路三23上串联有增压泵3和阀门一4，阀门一4和参考压力容器9之间的管路三23通过支路依次连接阀门二6和真空泵7，阀门一4和参考压力容器9之间的管路三23还通过两根支路连接压力表二5、放散阀8，增压泵3和气罐1之间的管路三23还通过一根支路连接压力表一2，工控机20通过数据线19从压差传感器16、脉冲式流量计量装置17、两个温度传感器12采集数据，并控制脉冲式流量计量装置17的开通和关闭。

参考压力容器体积(33.741mL)

样品压力容器体积(29.697mL)

恒温箱温度(30℃)

压差传感器精度：0.02％

压差传感器量程：6MPa

待测岩石样品体积：18.6ml

对比物(钢珠+钢块)体积：18.6ml

在恒温箱内进行如下实验：

a.在常压P₀的样品压力容器内放入视体积为18.6ml的待测岩石样品，然后向参考压力容器充入氦气至目标压力P，待参考压力容器压力稳定至P₁，使参考压力容器与样品压力容器短暂连通后断开，记录样品压力容器的压力P₂，测量得到的压力数据如表1；

表1

b.在常压P₀的样品压力容器内放入视体积为18.6ml的对比物(钢珠+钢块)，然后向参考压力容器充入氦气至目标压力P，待参考压力容器压力稳定至P₁，使参考压力容器与样品压力容器短暂连通后断开，记录样品压力容器的压力P₃，测量得到的压力数据如表2；

表2

根据表1和表2中的数据可知，通过参考压力容器向含有待测岩石样品的样品压力容器中充入非吸附气体，非吸附气体并不会立刻填充进入待测岩石样品的孔隙中，故参考压力容器向含有待测岩石样品的样品压力容器中充入非吸附气体，和向含有视体积相等的对比物的样品压力容器中充入非吸附气体后，两次测量中样品压力容器的压力相等，参考压力容器的压力相等，相当于两次向样品压力容器充入了相同体积的非吸附气体。

一种岩石孔隙度测量方法，包括以下步骤：

(1)、待测岩石样品总体积的测定：

制备测试圆柱状待测岩石样品，用游标卡尺测量样品的直径(D)和长度(H)，根据公式1计算圆柱状样品的总体积(V₁)。

(2)、岩石样品骨架体积的测定：

①选取样品压力容器进行体积测定，测量总体积(样品压力容器15+管路一21+管路二22)为V，另外再选取总体积(对比压力容器14+管路一21+管路二22)为V的对比压力容器14。

②取体积为V₁的对比物(大小钢珠、钢圆柱等)，将体积为V1的钢圆柱放入到对比压力容器中，体积为V₁的岩石样品放入到样品压力容器中。打开阀门二6、阀门四10、阀门五11；关闭阀门一4和放散阀8，用真空泵7可将对比压力容器14和样品压力容器15及连接的参考压力容器9和所有管路中的气体抽出，形成所需的真空环境。

③关闭阀门二6、阀门四10和阀门五11，并打开阀门一4，采用增压泵3向参考压力容器14注入相应目标压力P的氦气，然后关闭阀门一4，稳定数分钟后，记录参考压力容器的压力P₁数据，打开阀门五11，然后立即关闭阀门五11，通过工控机20采集并记录样品压力容器的压力P₂和温度T₂数据。

④再次打开阀门一4，采用增压泵3向参考压力容器注入相应目标压力P的氦气，然后关闭阀门一4，稳定数分钟后，记录参考压力容器中的压力是否为P₁，如果不是，则调节参考压力容器中压力，直到参考压力容器压力为P₁为止；打开阀门四10，然后立即关闭阀门四10，通过工控机20采集并记录对比压力容器的压力P₃和温度T₄数据。

⑤待样品压力容器压力降低并稳定后，压差传感器16的第一端口通过管路四24与样品压力容器15连接，压差传感器16的第二端口与对比压力容器14连接，用于测量样品压力容器15内气压与对比压力容器14内气压之间的压差；脉冲式计量泵/流量计17与对比压力容器14连接，工控机20根据所述压差传感器16测得的压差的大小关系来控制脉冲式计量泵/流量计17的开启和关闭；当样品压力容器15和对比压力容器14内有压差，则开启脉冲式计量泵17，吸出对比压力容器14中气体，使样品压力容器15和对比压力容器14内无压差，而压差传感器16的压差读数为0，等待样品压力容器15中气体平衡后，计量从对比压力容器14中吸出的气体体积V₂。

⑥打开放散阀8、阀门四10和阀门五11，排除参考压力容器9、样品压力容器15和对比压力容器14中气体，重复操作步骤②③④⑤，重复3-5次并取吸出气体体积的平均值V₃

即吸出气体体积等于岩石样品孔隙体积。然后通过公式2计算出孔隙度

Claims (5)

1.一种岩石孔隙度测量方法,其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.取视体积为V₁的对比物和待测岩石样品分别放入体积相等的对比压力容器和样品压力容器中，用真空泵将对比压力容器和样品压力容器内气体抽出，形成真空环境，所述对比物为金属材料制备的实心体，包括钢珠或钢圆柱；

步骤2.将充满气体且目标压力为P₁的参考压力容器与样品压力容器连通后立刻断开，记录样品压力容器的压力P₂和温度T₂；

步骤3. 将充满气体且目标压力为P₁的参考压力容器与对比压力容器连通后立刻断开，记录对比压力容器的压力P₃和温度T₄；

步骤4. 待样品压力容器压力降低并稳定后，比较对比压力容器与样品压力容器的压差，根据压差的大小关系来控制脉冲式计量泵的开启和关闭，脉冲式计量泵与对比压力容器连接，当样品压力容器和对比压力容器内有压差，则开启脉冲式计量泵，吸出对比压力容器中气体，使样品压力容器和对比压力容器内无压差，等待样品压力容器中气体平衡后，计量从对比压力容器中吸出的气体体积V₂；

步骤5.抽空对比压力容器、样品压力容器、参考压力容器和管路中的气体，重复步骤1~4的操作，重复次数不少于3次，计算V₂的平均值V₃；

步骤6. 待测岩石样品的孔隙度为

，

。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中待测岩石样品是天然的待测岩石通过切削形成的视体积为V₁的样品。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气体为氦气。

4.基于根据权利要求1~3任一项所述的方法的测量装置，其特征在于，包括监测对比压力容器、样品压力容器、参考压力容器的压力传感器，所述对比压力容器与样品压力容器分别连通压差传感器的两个接入端口，对比压力容器与样品压力容器还分别连通参考压力容器，对比压力容器、样品压力容器与参考压力容器之间设有阀门，参考压力容器分别与增压泵、真空泵、放散阀相连，参考压力容器与增压泵、真空泵之间各设有阀门，对比压力容器还连接脉冲式计量泵，脉冲式计量泵受工控机控制能间断性的使对比压力容器内的气体排出，对比压力容器和样品压力容器体积相等。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述对比压力容器、样品压力容器、参考压力容器、压力传感器、阀门、压差传感器、脉冲式计量泵封装于恒温箱内。

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