CN113624654A - 岩石孔隙度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩石孔隙度测量装置及方法，其中，岩石孔隙度测量装置包括恒温箱和注气管路，恒温箱内设有参考罐和样品罐，参考罐通过第一管路与样品罐相连通，第一管路上连接有第一阀门和压差传感器，压差传感器位于第一阀门与样品罐之间；注气管路贯穿恒温箱，注气管路上依次连接有进气阀门、第二管路和排气阀门，注气管路的邻近进气阀门的一端连接有氦气瓶，第二管路设置于恒温箱内，注气管路通过第二管路与参考罐相连通，第二管路上连接有第二阀门、温度传感器和压力传感器，且温度传感器和压力传感器位于第二阀门与参考罐之间。本发明能够模拟真实地层状态，测量岩石孔隙度，以使得测量结果更加准确。

Description

岩石孔隙度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及岩石孔隙度的测试技术领域，特别涉及一种岩石孔隙度测量装置及方法。

背景技术

页岩气和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，具有低孔和低渗的特征。孔隙度是页岩气和致密砂岩气有利目标区优选、储层评价及产能预测的关键参数之一。因此，如何准确和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，根据波义耳定律计算出孔隙体积的大小，然后得到孔隙度。该方法对孔隙较大和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、致密砂岩和煤等致密岩石的孔隙直径小，纳米级较多，气体分子进入孔隙速度慢，达到平衡所需时间长，使测量数据的准确性受到很大的影响。

为了解决上述问题，授权公开号为CN203595649的中国实用新型专利公开了“一种致密岩石颗粒体积测定装置”，但是上述装置存在以下缺陷：1、没有恒温装置，无法模拟真实地层状态；2、在高压条件下，采用的压力表精度低。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够模拟真实地层状态测量岩石孔隙度的岩石孔隙度测量装置。

本发明的另一个目的是提供一种采用上述岩石孔隙度测量装置测量岩石孔隙度的岩石孔隙度测量方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种岩石孔隙度测量装置，其包括：

恒温箱，其内设有参考罐和样品罐，所述参考罐通过第一管路与所述样品罐相连通，所述第一管路上连接有第一阀门和压差传感器，所述压差传感器位于所述第一阀门与所述样品罐之间；

注气管路，其贯穿所述恒温箱，所述注气管路上依次连接有进气阀门、第二管路和排气阀门，所述注气管路的邻近所述进气阀门的一端连接有氦气瓶，所述第二管路设置于所述恒温箱内，所述注气管路通过第二管路与所述参考罐相连通，所述第二管路上连接有第二阀门、温度传感器和压力传感器，且所述温度传感器和所述压力传感器位于所述第二阀门与所述参考罐之间。

如上所述的岩石孔隙度测量装置，其中，所述注气管路上还连接有增压泵，所述增压泵位于所述进气阀门与所述氦气瓶之间。

如上所述的岩石孔隙度测量装置，其中，所述岩石孔隙度测量装置还包括真空泵，所述真空泵通过第三管路与所述注气管路相连通，所述第三管路位于所述进气阀门与所述第二阀门之间，所述第三管路上连接有第三阀门。

如上所述的岩石孔隙度测量装置，其中，所述岩石孔隙度测量装置还包括控制器，所述压差传感器、所述温度传感器、所述压力传感器和所述增压泵均与所述控制器电连接。

本发明还提供了一种岩石孔隙度测量方法，其中，所述岩石孔隙度测量方法采用上述岩石孔隙度测量装置，所述岩石孔隙度测量方法包括：

将恒温箱的温度调节至预设温度；

将岩石样品粉碎成颗粒样品，获取所述颗粒样品的质量、参考罐的体积和样品罐的体积；

采用所述岩石孔隙度测量装置获取所述颗粒样品的骨架体积；

采用所述岩石孔隙度测量装置获取所述岩石样品的总体积；

根据获取的所述骨架体积、所述总体积以及预设的孔隙度模型，得出所述岩石样品的孔隙度。

如上所述的岩石孔隙度测量方法，其中，所述预设的孔隙度模型为：

其中，φ为孔隙度；V_b为岩石样品的总体积，单位为立方厘米；V_c1为颗粒样品的骨架体积，单位为立方厘米。

如上所述的岩石孔隙度测量方法，其中，所述采用所述岩石孔隙度测量装置获取所述颗粒样品的骨架体积为：

将所述颗粒样品置入所述样品罐内，并对所述样品罐和所述参考罐进行抽真空处理，获取所述样品罐在真空状态下的第一样品压力值和第一样品温度值；

向所述参考罐内注入氦气，获取所述参考罐在注入氦气后的第一参考压力值和第一参考温度值；

将所述样品罐与所述参考罐连通，当所述样品罐和所述样品罐内的压力平衡时，获取所述样品罐的第二样品压力值和第二样品温度值，并获取所述参考罐的第二参考压力值和第二参考温度值；

根据获取的所述参考罐的体积、所述样品罐的体积、所述第一样品压力值、所述第一样品温度值、所述第一参考压力值、所述第一参考温度值、所述第二样品压力值、所述第二样品温度值、所述第二参考压力值和所述第二参考温度值，以及预设的骨架体积模型，得到所述颗粒样品的骨架体积。

如上所述的岩石孔隙度测量方法，其中，所述预设的骨架体积模型为：

V_c1＝V_s-V_f1；

其中，V_f1为颗粒样品的自由空间体积，单位为立方厘米；V_r为参考罐的体积，单位为立方厘米；P_r1为第一参考压力值，单位为兆帕；P_r2为第二参考压力值，单位为兆帕；P_S1为第一样品压力值，单位为兆帕；P_S2为第二样品压力值，单位为兆帕；T_r1为第一参考温度值，单位为开；T_r2为第二参考温度值，单位为开；T_S1为第一样品温度值，单位为开；T_S2为第二样品温度值，单位为开；Z_r1为参考罐平衡前压缩因子，无量纲；Z_r2为参考罐平衡后压缩因子，无量纲；Z_S1为样品罐平衡前压缩因子，无量纲；Z_S1为样品罐平衡后压缩因子，无量纲；V_c1为颗粒样品的骨架体积，单位为立方厘米；V_s为样品罐的体积，单位为立方厘米。

如上所述的岩石孔隙度测量方法，其中，所述采用所述岩石孔隙度测量装置获取所述岩石样品的总体积为：

获取岩石样品的质量；

将岩石样品放置于液体石蜡中浸泡预设时间；

获取浸泡液体石蜡后的所述岩石样品的总质量；

将浸泡液体石蜡后的所述岩石样品置入所述样品罐内，并对所述样品罐和所述参考罐进行抽真空处理，获取所述样品罐在真空状态下的第三样品压力值和第三样品温度值；

向所述参考罐内注入氦气，获取所述参考罐在注入氦气后的第三参考压力值和第三参考温度值；

将所述样品罐与所述参考罐连通，当所述样品罐与所述参考罐内的压力平衡时，获取所述样品罐的第四样品压力值和第四样品温度值，并获取所述参考罐的第四参考压力值和第四参考温度值；

根据获取的所述岩石样品的质量、所述浸泡液体石蜡后的岩石样品的总质量、所述第三样品压力值、所述第三样品温度值、所述第三参考压力值、所述第三参考温度值、所述第四样品压力值、所述第四样品温度值、所述第四参考压力值和所述第四参考温度值，以及预设的总体积模型，得到所述岩石样品的总体积。

如上所述的岩石孔隙度测量方法，其中，所述预设的总体积模型为：

V_c2＝V_s-V_f2；

其中，V_f2为岩石样品的自由空间体积，单位为立方厘米；V_r为参考罐的体积，单位为立方厘米；P_r3为第三参考压力值，单位为兆帕；P_r4为第四参考压力值，单位为兆帕；P_S3为第三样品压力值，单位为兆帕；P_S4为第四样品压力值，单位为兆帕；T_r3为第三参考温度值，单位为开；T_r4为第四参考温度值，单位为开；T_S3为第三样品温度值，单位为开；T_S4为第四样品温度值，单位为开；Z_r3为参考罐平衡前压缩因子，无量纲；Z_r4为参考罐平衡后压缩因子，无量纲；Z_S3为样品罐平衡前压缩因子，无量纲；Z_S4为样品罐平衡后压缩因子，无量纲；V_c2为岩石样品的体积，单位为立方厘米；V_s为样品罐的体积，单位为立方厘米；ρ₂为岩石样品的视密度，单位为克每立方厘米；ρ_z为浸泡液体石蜡后岩石样品的密度，单位为克每立方厘米；ρ₃为液体石蜡的视密度，单位为克每立方厘米；M₂为浸泡液体石蜡前岩石样品的质量，单位为克；M₃为浸泡液体石蜡后岩石样品的质量，单位为克；V_b为岩石样品的总体积，单位为立方厘米。

如上所述的岩石孔隙度测量方法，其中，在获取所述参考罐的体积和所述样品罐的体积后，将所述参考罐的体积与参考罐预设体积相比，所述样品罐的体积与样品罐预设体积相比，若所述参考罐的体积大于或小于所述参考罐预设体积，则对所述参考罐进行检修，若所述样品罐的体积大于或小于所述样品罐预设体积，则对所述样品罐进行检修。

如上所述的岩石孔隙度测量方法，其中，所述岩石孔隙度测量方法还包括：获取多个粒径不同的所述颗粒样品的孔隙度，根据多个所述颗粒样品的粒径和获取的多个所述颗粒样品的孔隙度，得出基准颗粒；

获取所述基准颗粒在预设压力下的孔隙度，根据所述预设压力和获取的所述基准颗粒的孔隙度，得出基准测试压力。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明的岩石孔隙度测量装置，通过设置恒温箱，既能够使得参考罐和样品罐处于与真实地层状态温度相同的环境内，又能保证在测试过程中样品罐和参考罐中的温度保持恒定，减少温度对测试的影响，从而得到真实的孔隙体积；

本发明的岩石孔隙度测量装置，采用差压传感器，精度高，针对不同压力条件下的测试，可以选择不同量程的差压传感器，以保持测量的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量装置，通过控制器控制各电气元件的运行，实现了自动化控制和判断，在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；

本发明的岩石孔隙度测量方法，采用上述岩石孔隙度测量装置，因此，该岩石孔隙度测量方法具有上述岩石孔隙度测量装置的全部优点；

本发明的岩石孔隙度测量方法，通过恒温箱控制温度，能够保证在测试过程中样品罐和参考罐中的温度保持恒定，减少温度对测量的影响，通过对待测样品确定最优的压力值，减少压力对测量的影响，从而保证测量的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量方法，在测量前，通过对参考罐和样品罐进行检测，保证了岩石孔隙度测量装置测量的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量方法，采用的颗粒样品为最优粒度，提高了测量结果的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量方法，在计算过程中，考虑了气体压缩系统的影响，从而提高了测量结果的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量方法，视密度的测量采用液体石蜡侵入法测试，用液体液体石蜡进行密封，以计算出视密度和总孔隙体积，从而提高了测量的准确性。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明的岩石孔隙度测量装置的结构示意图；

图2是本发明的岩石孔隙度测量方法的流程图；

图3是样品罐预设体积和参考罐预设体积与温度的关系图；

图4是颗粒样品的粒径与孔隙度的关系图；

图5是预设压力与孔隙度的关系图。

附图标号说明：

100、恒温箱；

200、参考罐；

300、样品罐；

400、第一管路；410、第一阀门；420、压差传感器；

500、注气管路；510、进气阀门；520、第二管路；521、第二阀门；522、温度传感器；523、压力传感器；530、排气阀门；

600、氦气瓶；

700、增压泵；

800、真空泵；810、第三管路；811、第三阀门；

900、控制器；910、数据线。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。其中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

如图1所示，本发明提供了一种岩石孔隙度测量装置，其包括恒温箱100和注气管路500，其中，

恒温箱100内设有参考罐200和样品罐300，恒温箱100的具体结构为现有技术，在此不再赘述，恒温箱100能够保证在检测过程中，参考罐200和样品罐300处于恒温状态，恒温箱100内的温度可以根据真实地层温度设定，使得参考罐200和样品罐300处于真实地层温度状态下，以减少温度对测量的影响，参考罐200通过第一管路400与样品罐300相连通，即第一管路400的第一端与参考罐200密封连接并连通，第一管路400的第二端与样品罐300密封连接并连通，第一管路400上连接有第一阀门410和压差传感器420，第一阀门410能控制第一管路400的通断，也即第一阀门410能控制参考罐200与样品罐300是否连通，压差传感器420位于第一阀门410与样品罐300之间，压差传感器420能检测参考罐200与样品罐300的压力差值，针对不同压力条件下的测试，可以选择不同量程的差压传感器，以保持测量更准确；

注气管路500贯穿恒温箱100，注气管路500上依次连接有进气阀门510、第二管路520和排气阀门530，排气阀门530能够控制注气管路500是否与大气连通，进气阀门510邻近注气管路500的第一端，排气阀门530邻近注气管路500的第二端，且进气阀门510和排气阀门530均位于恒温箱100的外部，注气管路500的邻近进气阀门510的一端连接有氦气瓶600，也即，注气管路500的第一端连接有氦气瓶600，氦气瓶600的具体结构为现有技术，在此不再赘述，进气阀门510能够控制氦气瓶600与注气管路500之间的通断，氦气瓶600内的氦气能进入注气管路500内，第二管路520设置于恒温箱100内，注气管路500通过第二管路520与参考罐200相连通，也即第二管路520也位于恒温箱100内，以确保注入至参考罐200和样品罐300内的气体为恒温气体，第二管路520上连接有第二阀门521、温度传感器522和压力传感器523，且温度传感器522和压力传感器523位于第二阀门521与参考罐200之间，其中，第二阀门521能够控制第二管路520的通断，从而控制参考罐200与注气管路500的通断，压力传感器523采用压力变送器，温度传感器522采用温度变送器，温度变送器能够检测参考罐200和样品罐300内的温度，压力变送器能够检测出参考罐200内的温度，通过对压差传感器420的检测结果和压力变送器的检测结果进行简单计算，即可获知样品罐300内的压力值，该计算过程为现有技术，在此不再赘述；压差传感器420、温度传感器522和压力传感器523的设置，既使得岩石孔隙度测量装置的结构简单，又使得检测参考罐200和样品罐300内的温度和压力的操作变得简单方便。

本发明提供的岩石孔隙度测量装置，通过设置恒温箱100，既能够使得参考罐200和样品罐300处于与真实地层状态温度相同的环境内，又能保证在测试过程中样品罐300和参考罐200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，此外，采用差压传感器，精度高，针对不同压力条件下的测试，可以选择不同量程的差压传感器，以保持测量的准确性。

进一步，注气管路500上还连接有增压泵700，增压泵700位于进气阀门510与氦气瓶600之间，增压泵700能增加注入的氦气的压力，以使氦气的压力能够满足使用要求。

进一步，岩石孔隙度测量装置还包括真空泵800，真空泵800通过第三管路810与注气管路500相连通，第三管路810位于进气阀门510与第二阀门521之间，第三管路810上连接有第三阀门811，第三阀门811能够控制第三管路810的通断，从而控制真空泵800与注气管路500的通断，真空泵800能够对参考罐200和样品罐300进行抽针孔处理，具体的，在进行抽真空处理时，打开第一阀门410、第二阀门521和第三阀门811，关闭进气阀门510和排气阀门530，使得抽真空泵800通过第三管路810、注气管路500、第二管路520和第一管路400与参考罐200和样品罐300相连通，以对参考罐200和样品罐300抽真空。

进一步，岩石孔隙度测量装置还包括控制器900，压差传感器420、温度传感器522、压力传感器523和增压泵700均与控制器900电连接，具体的，控制器900为计算机设备，压差传感器420、温度传感器522、压力传感器523和增压泵700均通过数据线910与计算机设备电连接，更进一步，控制器900还与第一阀门410、第二阀门521、第三阀门811、进气阀门510和排气阀门530电连接，通过控制器900控制压差传感器420、温度传感器522、压力传感器523和增压泵700的动作，并控制第一阀门410、第二阀门521、第三阀门811、进气阀门510和排气阀门530的开启或关闭，以实现自动化控制和判断，在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。

如图1和图2所示，本发明还提供了一种岩石孔隙度测量方法，其采用上述岩石孔隙度测量装置，岩石孔隙度测量方法包括：

步骤210，将恒温箱100的温度调节至预设温度，该预设温度可以根据实际地层条件设置，如预设温度可以为15℃、18℃、20℃或者21℃等；

步骤220，将岩石样品粉碎成颗粒样品，获取颗粒样品的质量、参考罐200的体积和样品罐300的体积，其中，用小型破碎机将岩石样品粉碎成颗粒样品，获取颗粒样品的质量、参考罐200的体积和样品罐300的体积的方式为现有技术，在此不再赘述；

步骤230，采用岩石孔隙度测量装置获取颗粒样品的骨架体积，具体的，采用岩石孔隙度测量装置获取颗粒样品的参数，通过计算获取颗粒样品的骨架体积；

步骤240，采用岩石孔隙度测量装置获取岩石样品的总体积，具体的，采用岩石孔隙度测量装置获取岩石样品的参数，通过计算获取岩石样品的总体积；

步骤250，根据获取的骨架体积、总体积和预设的孔隙度模型，得出岩石样品的孔隙度。

本发明的岩石孔隙度测量方法，操作简单方便，通过调节恒温箱100的温度，能够保证在测试过程中样品罐300和参考罐200中的温度保持恒定，减少温度对测量结果的影响，从而得到真实的孔隙体积。

进一步，所述预设的孔隙度模型为：

其中，φ为孔隙度；V_b为岩石样品的总体积，单位为立方厘米；V_c1为颗粒样品的骨架体积，单位为立方厘米。

进一步，采用岩石孔隙度测量装置获取颗粒样品的骨架体积为：

将岩石样品的颗粒置入样品罐300内，并对样品罐300和参考罐200进行抽真空处理，获取样品罐300在真空状态下的第一样品压力值和第一样品温度值，具体的，真空泵800通过第三管路810与注气管路500相连通，第三管路810上连接有第三阀门811，打开第一阀门410、第二阀门521和第三阀门811，关闭进气阀门510和排气阀门530，抽真空泵800通过第三管路810、注气管路500、第二管路520和第一管路400与参考罐200和样品罐300相连通，以对参考罐200和样品罐300抽真空，抽真空处理结束后，关闭第一阀门410和第三阀门811，通过温度传感器522、压力传感器523和压差传感器420的检测结果，获取第一样品压力值和第一样品温度值；

向参考罐200内注入氦气，获取参考罐200在注入氦气后的第一参考压力值和第一参考温度值，具体的，打开进气阀门510，使氦气罐通过注气管路500和第二管路520将氦气注入至参考罐200内，同时，通过温度传感器522和压力传感器523的检测结果，获取第一参考压力值和第一参考温度值；

将样品罐300与参考罐200连通，当样品罐300与参考罐200内的压力平衡时，获取样品罐300的第二样品压力值和第二样品温度值，并获取参考罐200的第二参考压力值和第二参考温度值，具体的，关闭进气阀门510和第二阀门521，打开第一阀门410，使氦气通过第一管路400注入至样品罐300内，待样品罐300内注入一定压力(如1MPa～2MPa)的氦气后，等待一定时间后，在压力达到平衡时，通过温度传感器522、压力传感器523和压差传感器420的检测结果，获取样品罐300的第二样品压力值和第二样品温度值，并获取参考罐200的第二参考压力值和第二参考温度值，其中，等待压力平衡的时间需要根据样品而定，根据压力随时间的衰减，最终斜率会趋近0，实际操作中可认为斜率效于某个值(如-0.0001)即认为平衡，在本实施例中，该时间大致为半小时至1小时左右；

根据获取的数值，即参考罐200的体积、样品罐300的体积、第一样品压力值、第一样品温度值、第一参考压力值、第一参考温度值、第二样品压力值、第二样品温度值、第二参考压力值和第二参考温度值，以及预设的骨架体积模型，得到颗粒样品的骨架体积。

需要说明的是，在获取上述数值之后，可以打开第二阀门521和排气阀门530，使参考罐200和样品罐300内的氦气通过注气管路500排出，并且，可以通过计算机设备控制增压泵700和真空泵800的动作，第一阀门410、第二阀门521、第三阀门811、进气阀门510和排气阀门530的开启或关闭，以及接受压差传感器420、温度传感器522和压力传感器523的反馈信号，以使得岩石孔隙度测量方法的使用简单方便。

再进一步，预设的骨架体积模型为：

V_c1＝V_s-V_f1；

其中，V_f1为颗粒样品的自由空间体积，单位为立方厘米；V_r为参考罐200的体积，单位为立方厘米；P_r1为第一参考压力值，单位为兆帕；P_r2为第二参考压力值，单位为兆帕；P_S1为第一样品压力值，单位为兆帕；P_S2为第二样品压力值，单位为兆帕；T_r1为第一参考温度值，单位为开；T_r2为第二参考温度值，单位为开；T_S1为第一样品温度值，单位为开；T_S2为第二样品温度值，单位为开；Z_r1为参考罐200平衡前压缩因子，无量纲；Z_r2为参考罐200平衡后压缩因子，无量纲；Z_S1为样品罐300平衡前压缩因子，无量纲；Z_S1为样品罐300平衡后压缩因子，无量纲；V_c1为颗粒样品的骨架体积，单位为立方厘米；V_s为样品罐300的体积，单位为立方厘米。

其中，Z_r1、Z_r2、Z_S1和Z_S1可以通过NIST数据库查表获知。

具体的，将获取的数值带入上述公式，即可计算得出颗粒样品的骨架体积V_c1，计算结果可直接通过计算机设备得出。

此外，由于本发明在计算得出颗粒样品的骨架体积时，考虑了气体压缩系数，因此有效提高了测量的准确性。

进一步，采用岩石孔隙度测量装置获取岩石样品的总体积为：

获取岩石样品的质量，具体的，通过天平称量岩石样品，以获取岩石样品的质量；

将岩石样品放置于液体石蜡中浸泡预设时间，该预设时间大概为1～2分钟可；

获取浸泡液体石蜡后的岩石样品的总质量，即通过天平称量浸泡液体石蜡后的岩石样品，以获取总质量；

将浸泡液体石蜡后的岩石样品置入样品罐300内，并对样品罐300和参考罐200进行抽真空处理，获取样品罐300在真空状态下的第三样品压力值和第三样品温度值，具体的，打开第一阀门410、第二阀门521和第三阀门811，关闭进气阀门510和排气阀门530，抽真空泵800通过第三管路810、注气管路500、第二管路520和第一管路400与参考罐200和样品罐300相连通，以对参考罐200和样品罐300抽真空，抽真空处理结束后，关闭第一阀门410和第三阀门811，通过温度传感器522、压力传感器523和压差传感器420的检测结果，获取第三样品压力值和第三样品温度值；

向参考罐200内注入氦气，获取参考罐200在注入氦气后的第三参考压力值和第三参考温度值，具体的，打开进气阀门510，使氦气罐通过注气管路500和第二管路520将氦气注入至参考罐200内，同时，通过温度传感器522和压力传感器523的检测结果，获取第三参考压力值和第三参考温度值；

将样品罐300与参考罐200连通，当样品罐300内的压力平衡时，获取样品罐300的第四样品压力值和第四样品温度值，并获取参考罐200的第四参考压力值和第四参考温度值，具体的，关闭进气阀门510和第二阀门521，打开第一阀门410，使氦气通过第一管路400注入至样品罐300内，待样品罐300内注入一定压力(如1MPa～2MPa)的氦气后，等待几分钟或者十几分钟过后，在压力达到平衡时，通过温度传感器522、压力传感器523和压差传感器420的检测结果，获取样品罐300的第四样品压力值和第四样品温度值，并获取参考罐200的第四参考压力值和第四参考温度值；

根据获取的数值，即岩石样品的质量、浸泡液体石蜡后的岩石样品的总质量、第三样品压力值、第三样品温度值、第三参考压力值、第三参考温度值、第四样品压力值、第四样品温度值、第四参考压力值和第四参考温度值，以及预设的总体积模型，得到岩石样品的总体积。

其中，视密度的测量采用液体石蜡侵入法测试，用液体石蜡进行密封，以计算出视密度和总孔隙体积，测量结果准确性高。

再进一步，预设的总体积模型为：

V_c2＝V_s-V_f2；

其中，V_f2为岩石样品的自由空间体积，单位为立方厘米；V_r为参考罐200的体积，单位为立方厘米；P_r3为第三参考压力值，单位为兆帕；P_r4为第四参考压力值，单位为兆帕；P_S3为第三样品压力值，单位为兆帕；P_S4为第四样品压力值，单位为兆帕；T_r3为第三参考温度值，单位为开；T_r4为第四参考温度值，单位为开；T_S3为第三样品温度值，单位为开；T_S4为第四样品温度值，单位为开；Z_r3为参考罐200平衡前压缩因子，无量纲；Z_r4为参考罐200平衡后压缩因子，无量纲；Z_S3为样品罐300平衡前压缩因子，无量纲；Z_S4为样品罐300平衡后压缩因子，无量纲；V_c2为岩石样品的体积，单位为立方厘米；V_s为样品罐300的体积，单位为立方厘米；ρ₂为岩石样品的视密度，单位为克每立方厘米；ρ_z为浸泡液体石蜡后岩石样品的密度，单位为克每立方厘米；ρ₃为液体石蜡的视密度，单位为克每立方厘米；M₂为浸泡液体石蜡前岩石样品的质量，单位为克；M₃为浸泡液体石蜡后岩石样品的质量，单位为克；V_b为岩石样品的总体积，单位为立方厘米。

将获取的数值带入上述公式，即可计算得出岩石样品的总体积V_b，计算结果可直接通过计算机设备得出。

此外，由于本发明在计算得出岩石样品的总体积时，考虑了气体压缩系数，因此有效提高了测量结果的准确性。

进一步，考虑到如果颗粒样品的粒度太大，则会导致测量结果偏大，颗粒样品的粒度太小，则会导致测量结果偏小，并且注入的氦气的量也会影响测量结构，因此，该岩石孔隙度测量方法还包括：

获取多个粒径不同的颗粒样品的孔隙度，根据多个颗粒样品的粒径和获取的多个颗粒样品的孔隙度，得出基准颗粒，具体的，用小型破碎机，然后用不同的筛网可以筛出需要的粒径样品(如10目～20目为一组，20目～35目为一组，35目～60目为一组，60目～80目为一组，80目～200目为为一组，大于200目为一组)，依据上述方法，测量出不同粒径的多个颗粒样品的孔隙度，并绘制孔隙度与颗粒样品的粒径的关系图，如图4所示，当粒径增加，孔隙度先增加后趋于稳定，孔隙度最开始趋于稳定对应的粒径即为基础颗粒的粒径；

获取基准颗粒在预设压力下的孔隙度，根据预设压力和获取的基准颗粒的孔隙度，得出基准测试压力，具体的，预设压力为1MPa～10MPa，依据上述方法，按照压力从小到大，分别注入氦气，并对应各注入压力得出响应的孔隙度，然后绘制压力与孔隙度的关系图，如图5所示，当压力增加，孔隙度先增加后趋于稳定，孔隙度最开始趋于稳定对应的压力即为基准测试压力，在测量同一个地区或者同一口井其它样品时，在测量同一个地区或者同一口井其它样品时，采用该基础颗粒作为颗粒样品，并采用该基准测试压力作为注入氦气的压力，即可确保测量的准确性。

进一步，在获取参考罐200的体积和样品罐300的体积后，将参考罐200的体积与参考罐200预设体积相比，样品罐300的体积与样品罐300预设体积相比，具体的，如图3所示，图中虚线为参考罐200的预设体积与温度关系，实线为样品罐300与温度关系，若参考罐200的体积大于或小于参考罐200预设体积，则对参考罐200进行检修，具体的，在温度确定的情况下，若参考罐200的实际体积不在参考罐200预设体积范围内，则检查参考罐200是否有泄露的问题，并检查压力传感器523是否连接妥当，若样品罐300的体积大于或小于样品预设体积，则对样品罐300进行检修，具体的，在温度确定的情况下，若样品罐300的实际体积不在样品罐300预设体积范围内，则检查样品罐300是否有泄露的问题，并检查压力传感器523是否连接妥当，以确保在测量时仪器处于正常状态。

本发明的岩石孔隙度测量方法，消除了温度和压力的影响，从而使得测量结果更加准确。

综上所述，本发明的岩石孔隙度测量装置，通过设置恒温箱，既能够使得参考罐和样品罐处于与真实地层状态温度相同的环境内，又能保证在测试过程中样品罐和参考罐中的温度保持恒定，减少温度对测试的影响，从而得到真实的孔隙体积；

本发明的岩石孔隙度测量装置，采用差压传感器，精度高，针对不同压力条件下的测试，可以选择不同量程的差压传感器，以保持测量的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量装置，通过控制器控制各电气元件的运行，实现了自动化控制和判断，在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；

本发明的岩石孔隙度测量方法，采用上述岩石孔隙度测量装置，因此，该岩石孔隙度测量方法具有上述岩石孔隙度测量装置的全部优点；

本发明的岩石孔隙度测量方法，通过恒温箱控制温度，能够保证在测试过程中样品罐和参考罐中的温度保持恒定，减少温度对测量的影响，通过对待测样品确定最优的压力值，减少压力对测量的影响，从而保证测量的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量方法，在测量前，通过对参考罐和样品罐进行检测，保证了岩石孔隙度测量装置测量的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量方法，采用的颗粒样品为最优粒度，提高了测量结果的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量方法，在计算过程中，考虑了气体压缩系统的影响，从而提高了测量结果的准确性；

本发明的岩石孔隙度测量方法，视密度的测量采用液体石蜡侵入法测试，用液体石蜡进行密封，以计算出视密度和总孔隙体积，从而提高了测量的准确性。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (12)

1.一种岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述岩石孔隙度测量装置包括：

恒温箱，其内设有参考罐和样品罐，所述参考罐通过第一管路与所述样品罐相连通，所述第一管路上连接有第一阀门和压差传感器，所述压差传感器位于所述第一阀门与所述样品罐之间；

注气管路，其贯穿所述恒温箱，所述注气管路上依次连接有进气阀门、第二管路和排气阀门，所述注气管路的邻近所述进气阀门的一端连接有氦气瓶，所述第二管路设置于所述恒温箱内，所述注气管路通过第二管路与所述参考罐相连通，所述第二管路上连接有第二阀门、温度传感器和压力传感器，且所述温度传感器和所述压力传感器位于所述第二阀门与所述参考罐之间。

2.根据权利要求1所述的岩石孔隙度测量装置，其特征在于，

所述注气管路上还连接有增压泵，所述增压泵位于所述进气阀门与所述氦气瓶之间。

3.根据权利要求1所述的岩石孔隙度测量装置，其特征在于，

所述岩石孔隙度测量装置还包括真空泵，所述真空泵通过第三管路与所述注气管路相连通，所述第三管路位于所述进气阀门与所述第二阀门之间，所述第三管路上连接有第三阀门。

4.根据权利要求2所述的岩石孔隙度测量装置，其特征在于，

所述岩石孔隙度测量装置还包括控制器，所述压差传感器、所述温度传感器、所述压力传感器和所述增压泵均与所述控制器电连接。

5.一种岩石孔隙度测量方法，其特征在于，所述岩石孔隙度测量方法采用如权利要求1至4中任一项所述岩石孔隙度测量装置，所述岩石孔隙度测量方法包括：

将恒温箱的温度调节至预设温度；

将岩石样品粉碎成颗粒样品，获取所述颗粒样品的质量、参考罐的体积和样品罐的体积；

采用所述岩石孔隙度测量装置获取所述颗粒样品的骨架体积；

采用所述岩石孔隙度测量装置获取所述岩石样品的总体积；

根据获取的所述骨架体积、所述总体积以及预设的孔隙度模型，得出所述岩石样品的孔隙度。

6.根据权利要求5所述的岩石孔隙度测量方法，其特征在于，

所述预设的孔隙度模型为：

其中，φ为孔隙度；V_b为岩石样品的总体积，单位为立方厘米；V_c1为颗粒样品的骨架体积，单位为立方厘米。

7.根据权利要求6所述的岩石孔隙度测量方法，其特征在于，所述采用所述岩石孔隙度测量装置获取所述颗粒样品的骨架体积为：

将所述颗粒样品置入所述样品罐内，并对所述样品罐和所述参考罐进行抽真空处理，获取所述样品罐在真空状态下的第一样品压力值和第一样品温度值；

向所述参考罐内注入氦气，获取所述参考罐在注入氦气后的第一参考压力值和第一参考温度值；

将所述样品罐与所述参考罐连通，当所述样品罐和所述样品罐内的压力平衡时，获取所述样品罐的第二样品压力值和第二样品温度值，并获取所述参考罐的第二参考压力值和第二参考温度值；

根据获取的所述参考罐的体积、所述样品罐的体积、所述第一样品压力值、所述第一样品温度值、所述第一参考压力值、所述第一参考温度值、所述第二样品压力值、所述第二样品温度值、所述第二参考压力值和所述第二参考温度值，以及预设的骨架体积模型，得到所述颗粒样品的骨架体积。

8.根据权利要求7所述的岩石孔隙度测量方法，其特征在于，所述预设的骨架体积模型为：

V_c1＝V_s-V_f1；

其中，V_f1为颗粒样品的自由空间体积，单位为立方厘米；V_r为参考罐的体积，单位为立方厘米；P_r1为第一参考压力值，单位为兆帕；P_r2为第二参考压力值，单位为兆帕；P_S1为第一样品压力值，单位为兆帕；P_S2为第二样品压力值，单位为兆帕；T_r1为第一参考温度值，单位为开；T_r2为第二参考温度值，单位为开；T_S1为第一样品温度值，单位为开；T_S2为第二样品温度值，单位为开；Z_r1为参考罐平衡前压缩因子，无量纲；Z_r2为参考罐平衡后压缩因子，无量纲；Z_S1为样品罐平衡前压缩因子，无量纲；Z_S1为样品罐平衡后压缩因子，无量纲；V_c1为颗粒样品的骨架体积，单位为立方厘米；V_s为样品罐的体积，单位为立方厘米。

9.根据权利要求6所述的岩石孔隙度测量方法，其特征在于，所述采用所述岩石孔隙度测量装置获取所述岩石样品的总体积为：

获取岩石样品的质量；

将岩石样品放置于液体石蜡中浸泡预设时间；

获取浸液体泡石蜡后的所述岩石样品的总质量；

将浸泡液体石蜡后的所述岩石样品置入所述样品罐内，并对所述样品罐和所述参考罐进行抽真空处理，获取所述样品罐在真空状态下的第三样品压力值和第三样品温度值；

向所述参考罐内注入氦气，获取所述参考罐在注入氦气后的第三参考压力值和第三参考温度值；

将所述样品罐与所述参考罐连通，当所述样品罐与所述参考罐内的压力平衡时，获取所述样品罐的第四样品压力值和第四样品温度值，并获取所述参考罐的第四参考压力值和第四参考温度值；

根据获取的所述岩石样品的质量、所述浸泡液体石蜡后的岩石样品的总质量、所述第三样品压力值、所述第三样品温度值、所述第三参考压力值、所述第三参考温度值、所述第四样品压力值、所述第四样品温度值、所述第四参考压力值和所述第四参考温度值，以及预设的总体积模型，得到所述岩石样品的总体积。

10.根据权利要求9所述的岩石孔隙度测量方法，其特征在于，所述预设的总体积模型为：

V_c2＝V_s-V_f2；

其中，V_f2为岩石样品的自由空间体积，单位为立方厘米；V_r为参考罐的体积，单位为立方厘米；P_r3为第三参考压力值，单位为兆帕；P_r4为第四参考压力值，单位为兆帕；P_S3为第三样品压力值，单位为兆帕；P_S4为第四样品压力值，单位为兆帕；T_r3为第三参考温度值，单位为开；T_r4为第四参考温度值，单位为开；T_S3为第三样品温度值，单位为开；T_S4为第四样品温度值，单位为开；Z_r3为参考罐平衡前压缩因子，无量纲；Z_r4为参考罐平衡后压缩因子，无量纲；Z_S3为样品罐平衡前压缩因子，无量纲；Z_S4为样品罐平衡后压缩因子，无量纲；V_c2为岩石样品的体积，单位为立方厘米；V_s为样品罐的体积，单位为立方厘米；ρ₂为岩石样品的视密度，单位为克每立方厘米；ρ_z为浸泡液体石蜡后岩石样品的密度，单位为克每立方厘米；ρ₃为液体石蜡的视密度，单位为克每立方厘米；M₂为浸泡液体石蜡前岩石样品的质量，单位为克；M₃为浸泡液体石蜡后岩石样品的质量，单位为克；V_b为岩石样品的总体积，单位为立方厘米。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的岩石孔隙度测量方法，其特征在于，

在获取所述参考罐的体积和所述样品罐的体积后，将所述参考罐的体积与参考罐预设体积相比，所述样品罐的体积与样品罐预设体积相比，若所述参考罐的体积大于或小于所述参考罐预设体积，则对所述参考罐进行检修，若所述样品罐的体积大于或小于所述样品罐预设体积，则对所述样品罐进行检修。

12.根据权利要求5至10中任一项所述的岩石孔隙度测量方法，其特征在于，所述岩石孔隙度测量方法还包括：

获取多个粒径不同的所述颗粒样品的孔隙度，根据多个所述颗粒样品的粒径和获取的多个所述颗粒样品的孔隙度，得出基准颗粒；

获取所述基准颗粒在预设压力下的孔隙度，根据所述预设压力和获取的所述基准颗粒的孔隙度，得出基准测试压力。

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