CN114993904A - 岩石孔隙度的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩石孔隙度的测量方法及装置，测量方法包括：步骤S1：将孔隙度不发生变化的第一物体放入密封空间内，并对密封空间内的第一物体施加第一围压；步骤S2：对第一物体施加不同数值的孔隙压力P₀……P_n，并分别测量施加不同数值的孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V_标0……V_标n以计算固定体积差V_Dn＝V_标n‑V_标n‑1，步骤S3：取出第一物体并向密封空间内放入岩石样本；步骤S4：对密封空间内的岩石样本施加第二围压；步骤S5：对岩石样本施加不同数值的孔隙压力P₀……P_n，并分别测量施加不同数值的孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V₀……V_n；步骤S6：计算岩石样本的孔隙度：

其中，V为岩石样本的体积。本发明的测量方法解决了现有技术中的岩石孔隙度的测量不准确的问题。

Description

岩石孔隙度的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及岩石测量领域，具体而言，涉及一种岩石孔隙度的测量方法及装置。

背景技术

在油气勘探与开发技术领域，孔隙度反映了多孔介质对流体的储存能力，是储层物性表征与研究的重要参数之一。而准确表征储层孔隙度对高孔隙压力地层的油气勘探与开发具有非常重要的意义。

岩石的孔隙度取决于岩石受到的应力条件，不同地应力下岩石的孔隙结构会发生改变，进而导致孔隙度的改变。目前，岩石的孔隙度测量方法主要有气体测试和液体测试两种。其中，气测孔隙度设备主要是在静水条件下或围压条件下测量岩石的孔隙度，因无法施加孔隙压力，因此与地层条件相差较大；液体测试基于阿基米德原理，测试过程仅能在常压下进行，将岩石样本饱和，在常压下通过天平称重来测量岩石孔隙度，同样不能反映油气藏条件下岩石的孔隙度，即无法得到地层压力条件下岩石的真实孔隙度。而在地层条件下，岩石实际上受到上覆地层压力与流体孔隙压力的共同作用，当前实验方法仅考虑围压条件的方法和装置，测得的孔隙度无法表征原地层条件下的真实孔隙度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种岩石孔隙度的测量方法及装置，以解决现有技术中的岩石孔隙度的测量不准确的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种岩石孔隙度的测量方法，包括：步骤S1：将孔隙度不发生变化的第一物体放入密封空间内，并对密封空间内的第一物体施加第一围压；步骤S2：对第一物体施加不同数值的孔隙压力P₀……P_n，并分别测量施加不同数值的孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V_标0……V_标n以计算固定体积差V_Dn＝V_标n-V_标n-1，其中，P₀＝1Mpa，V_标0为孔隙压力在P₀状态时的体积；步骤S3：取出第一物体并向密封空间内放入岩石样本；步骤S4：对密封空间内的岩石样本施加第二围压；步骤S5：对岩石样本施加不同数值的孔隙压力P₀……P_n，并分别测量施加不同数值的孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V₀……V_n，其中，P₀＝1Mpa，V₀为孔隙压力在P₀状态时的体积；步骤S6：计算岩石样本的孔隙度：

其中，V为岩石样本的体积。

进一步地，在步骤S5中，待岩石样本完全饱和后在测量体积V_n。

进一步地，在步骤S5中，待测量完V₀后，对岩石样本施加孔隙压力P₁＝2Mpa，等待至少8h以使岩石样本完全饱和后测量体积V₁。

进一步地，在步骤S2和步骤S5中，至少在孔隙压力P_n稳定30分钟后测量孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V_n。

进一步地，第一物体为钢块。

根据本发明的另一方面，提供了一种岩石孔隙度的测量装置，用于实施上述的测量方法，岩石孔隙度的测量装置包括：测量容器，测量容器具有密封空间以用于放置待测量的第一物体或岩石样本；围压机构，围压机构与测量容器连接，以给第一物体或岩石样本施加围压；孔隙压力机构，孔隙压力机构与测量容器连接，以给第一物体或岩石样本施加孔隙压力P_n；测量机构，测量机构与测量容器连接，以测量液体或气体的体积V_n。

进一步地，孔隙压力机构采用液体对第一物体或岩石样本施加孔隙压力，测量机构包括：计量泵，计量泵与测量容器连接，以测量孔隙压力机构在对第一物体或岩石样本施加不同孔隙压力时密封空间内的液体的体积。

进一步地，围压机构包括：夹持器，夹持器设置在测量容器内，以固定第一物体或岩石样本，并给第一物体或岩石样本施加围压。

进一步地，夹持器具有入口端和出口端，孔隙压力机构包括：第一孔隙压力阀，第一孔隙压力阀与入口端连接，以向入口端内通入预设压力的气体或液体；第二孔隙压力阀，第二孔隙压力阀与出口端连接，以向出口端内通入预设压力的气体或液体。

进一步地，岩石孔隙度的测量装置还包括：控制器，控制器与第一孔隙压力阀和第二孔隙压力阀均连接，以控制第一孔隙压力阀和第二孔隙压力阀的开闭；围压阀，围压阀与控制器连接，以使控制器通过控制围压阀的开闭对第一物体或岩石样本施加围压。

应用本发明的技术方案的岩石孔隙度的测量方法首先测量一个孔隙度在测量最大压力下孔隙度不会发生变化的第一物体，以了解除第一物体之外对测量容器施加孔隙压力时，施加孔隙压力所用的液体的体积变化，然后取出第一物体后将所要测量的岩石样本放入测量容器的夹持器内，通过施加不同的孔隙压力，在测量施加不同孔隙压力时密封空间内所用的液体体积，然后通过公式计算出该岩石样本的孔隙度，计算公式中考虑了第一物体测量时不同孔隙压力对液体体积的变化，因此，该公式计算的岩石样本的孔隙度更加精确，贴合岩石样本的实际孔隙度，故上述测量方法提高了岩石样本孔隙度测量的精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的岩石孔隙度的测量方法的实施例的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、岩石样本；20、围压阀；31、第一孔隙压力阀；32、第二孔隙压力阀；40、夹持器；41、入口端；42、出口端；50、测量机构；60、六通阀；70、阀门。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了解决现有技术中的岩石孔隙度的测量不准确的问题，本发明提供了一种岩石孔隙度的测量方法及装置。

请参考图1，一种岩石孔隙度的测量方法，包括：步骤S1：将孔隙度不发生变化的第一物体放入密封空间内，并对密封空间内的第一物体施加第一围压；步骤S2：对第一物体施加不同数值的孔隙压力P₀……P_n，并分别测量施加不同数值的孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V_标0……V_标n以计算固定体积差V_Dn＝V_标n-V_标n-1，其中，P₀＝1Mpa，V_标0为孔隙压力在 P₀状态时的体积；步骤S3：取出第一物体并向密封空间内放入岩石样本10；步骤S4：对密封空间内的岩石样本10施加第二围压；步骤S5：对岩石样本10施加不同数值的孔隙压力 P₀……P_n，并分别测量施加不同数值的孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V₀……V_n，其中， P₀＝1Mpa，V₀为孔隙压力在P₀状态时的体积；步骤S6：计算岩石样本10的孔隙度：

其中，V为岩石样本10的体积。

本发明的岩石孔隙度的测量方法首先测量一个孔隙度在测量最大压力下孔隙度不会发生变化的第一物体，以了解除第一物体之外对测量容器施加孔隙压力时，施加孔隙压力所用的液体的体积变化，然后取出第一物体后将所要测量的岩石样本10放入测量容器的夹持器40 内，通过施加不同的孔隙压力，在测量施加不同孔隙压力时密封空间内所用的液体体积，然后通过公式计算出该岩石样本10的孔隙度，计算公式中考虑了第一物体测量时不同孔隙压力对液体体积的变化，因此，该公式计算的岩石样本10的孔隙度更加精确，贴合岩石样本10 的实际孔隙度，故上述测量方法提高了岩石样本10孔隙度测量的精度。

在步骤S5中，待岩石样本10完全饱和后在测量体积V_n。在步骤S5中，待测量完V₀后，对岩石样本10施加孔隙压力P₁＝2Mpa，等待至少8h以使岩石样本10完全饱和后测量体积V₁。在步骤S2和步骤S5中，至少在孔隙压力P_n稳定30分钟后测量孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V_n。

为了保证测量结果的有效性和精确度，在初次测量岩石样本10孔隙度时，需要带岩石样本10的孔隙内完全填充了施加孔隙压力的液体，即，使岩石样本10达到完全饱和后在进行测量，具体的，至少在对岩石样本10施加孔隙压力稳定后的8小时之后，在测量液体的体积，当后续在改变孔隙压力时，即可待孔隙压力稳定后半小时内测量，以提高测量效率和精确度。

优选地，第一物体为钢块，钢块在测量装置的最大压力下孔隙度不会发生变化。

一种岩石孔隙度的测量装置，用于实施上述的测量方法，岩石孔隙度的测量装置包括：测量容器，测量容器具有密封空间以用于放置待测量的第一物体或岩石样本10；围压机构，围压机构与测量容器连接，以给第一物体或岩石样本10施加围压；孔隙压力机构，孔隙压力机构与测量容器连接，以给第一物体或岩石样本10施加孔隙压力P_n；测量机构50，测量机构 50与测量容器连接，以测量液体或气体的体积V_n。

本发明还提供了一种用于实施上述测量方法的测量装置，该测量装置的围压机构用于对岩石样本10和第一物体施加围压，孔隙压力机构采用液体对岩石样本10施加孔隙压力，测量机构50与密封空间连通，以测量施加不同孔隙压力时所用的液体的体积，当孔隙度越大时，所用的液体体积越大，当孔隙度越小时所用的液体体积越小，此外，在一定范围内，孔隙度随施加孔隙压力的增大而增大。

孔隙压力机构采用液体对第一物体或岩石样本10施加孔隙压力，测量机构50包括：计量泵，计量泵与测量容器连接，以测量孔隙压力机构在对第一物体或岩石样本10施加不同孔隙压力时密封空间内的液体的体积。

围压机构包括：夹持器40，夹持器40设置在测量容器内，以固定第一物体或岩石样本 10，并给第一物体或岩石样本10施加围压。

夹持器40具有入口端41和出口端42，孔隙压力机构包括：第一孔隙压力阀31，第一孔隙压力阀31与入口端41连接，以向入口端41内通入预设压力的气体或液体；第二孔隙压力阀32，第二孔隙压力阀32与出口端42连接，以向出口端42内通入预设压力的气体或液体。

岩石孔隙度的测量装置还包括：控制器，控制器与第一孔隙压力阀31和第二孔隙压力阀 32均连接，以控制第一孔隙压力阀31和第二孔隙压力阀32的开闭；围压阀20，围压阀20 与控制器连接，以使控制器通过控制围压阀20的开闭对第一物体或岩石样本10施加围压。

本发明的测量方法用于对不同孔隙压力下岩石孔隙度进行测量，具体方法步骤如下：

步骤1：将标准钢块置入夹持器40，关闭第一孔隙压力阀31和第二孔隙压力阀32，打开围压阀20，泵入一定围压50MPa，关闭围压阀20。

步骤2：打开第一孔隙压力阀31和第二孔隙压力阀32，泵入0.5MPa压力排空管线内气体，连接好管线。泵入1MPa孔隙压力，记录泵液体积V_标0，继续泵入48MPa孔隙压力，压差为2MPa，稳定后记录泵液体积为V_标1，标定当前压力条件装置固定体积V_D1＝V_标0-V_标1。

步骤3：再依次泵入孔隙压力45MPa、35MPa、25MPa、15MPa、10MPa、5MPa，稳定后依次记录泵液体积V_标n，依次标定不同孔隙压力条件下装置固定体积为V_Dn＝V_标n-V_标1。

步骤4：退压后取出标准钢块，置入岩石样本10体积为V。关闭孔隙压阀，打开围压阀 20，泵入50MPa围压，关闭围压阀20。

步骤5：打开第一孔隙压力阀31和第二孔隙压力阀32，泵入0.5MPa压力排空管线内气体，连接好管线。泵入1MPa孔隙压力，记录泵液体积V₀。继续泵入48MPa孔隙压力，压差为2MPa，等待至少8小时使岩石样本10完全饱和，稳定后记录泵液体积为V₁，则此压力状态下岩石样本10孔隙度为：

步骤6：依次泵入不同孔隙压力45MPa、35MPa、25MPa、15MPa、10MPa、5MPa，稳定 30分钟后记录泵液体积Vn。则岩石样本10在此状态孔隙度为：

由表1中实验数据可知，岩石样本101在不同孔隙压力条件孔隙度测量结果差异非常大。随着孔隙压力的增大，孔隙度测量值也逐渐增大，孔隙压力为48MPa时，岩石样本10的孔隙度测量值是5MPa的近两倍，表明孔隙压力是对岩石样本10孔隙度测量实验不可忽视的影响因素，还原地层条件下的应力状态，是准确测量地层条件下岩石样本10孔隙度的必要条件。

表1：岩石样本1不同孔隙压力条件孔隙度测量结果

为进一步验证本发明的孔隙度测量装置与测量方法的测量精度及其测量结果与地层条件下孔隙度的匹配情况，设计X井3块砂砾岩岩石样本10，每块分别进行5次本发明实验和常规覆压孔隙度测量。实验数据请参见表2。本发明所得的孔隙度值更大，且5次实验所得的数据方差更小，说明本发明装置及实验方法更稳定。通过两种方法所得的孔隙度与岩石样本有效孔隙度的对比发现，本发明测得的孔隙度与岩石样本有效孔隙度吻合更好。

表2：X井3块超压砂砾岩岩石样本10孔隙度对比实验测量结果

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种不同流体孔隙压力下岩石孔隙度测量方法及测量装置。为了实现上述目的，本发明提出了一种不同流体孔隙压力下岩石孔隙度测量方法。该方法以夹持器、管线、岩石样本以及计量泵所组成的封闭空间内液体体积不变，计量泵读数变化仅反应不同压力下管线死体积和岩石样本孔隙进、退液体积，作为基本假设；利用标准钢块刻度出不同孔隙压力下装置死体积，再用计量泵读数变化计算岩石孔隙空间大小。实现上述方法的装置包括：高温高压岩石样本夹持器、高精度计量泵、六通阀60、阀门 70、金属管线；其中，夹持器围压接口通过金属管线与六通阀连接；夹持器孔隙压力进口端及出口端分别通过金属管线连接到六通阀；六通阀通过金属管线连接高精度计量泵；其中，围压管线、孔隙压力管线中分别设置一个阀门。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩石孔隙度的测量方法，其特征在于，包括：

步骤S1：将孔隙度不发生变化的第一物体放入密封空间内，并对所述密封空间内的所述第一物体施加第一围压；

步骤S2：对所述第一物体施加不同数值的孔隙压力P₀……P_n，并分别测量施加不同数值的所述孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V_标0……V_标n以计算固定体积差V_Dn＝V_标n-V_标n-1，其中，P₀＝1Mpa，V_标0为所述孔隙压力在P₀状态时的体积；

步骤S3：取出所述第一物体并向所述密封空间内放入岩石样本(10)；

步骤S4：对所述密封空间内的所述岩石样本(10)施加第二围压；

步骤S5：对所述岩石样本(10)施加不同数值的孔隙压力P₀……P_n，并分别测量施加不同数值的所述孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V₀……V_n，其中，P₀＝1Mpa，V₀为所述孔隙压力在P₀状态时的体积；

步骤S6：计算所述岩石样本(10)的孔隙度：

其中，V为所述岩石样本(10)的体积。

2.根据权利要求1所述的岩石孔隙度的测量方法，其特征在于，在所述步骤S5中，待所述岩石样本(10)完全饱和后在测量所述体积V_n。

3.根据权利要求2所述的岩石孔隙度的测量方法，其特征在于，在所述步骤S5中，待测量完V₀后，对所述岩石样本(10)施加所述孔隙压力P₁＝2Mpa，等待至少8h以使所述岩石样本(10)完全饱和后测量体积V₁。

4.根据权利要求1所述的岩石孔隙度的测量方法，其特征在于，在所述步骤S2和所述步骤S5中，至少在所述孔隙压力P_n稳定30分钟后测量所述孔隙压力P_n所用的液体或气体的体积V_n。

5.根据权利要求1所述的岩石孔隙度的测量方法，其特征在于，所述第一物体为钢块。

6.一种岩石孔隙度的测量装置，其特征在于，用于实施权利要求1至5中任一项所述的测量方法，所述岩石孔隙度的测量装置包括：

测量容器，所述测量容器具有密封空间以用于放置待测量的所述第一物体或所述岩石样本(10)；

围压机构，所述围压机构与所述测量容器连接，以给所述第一物体或所述岩石样本(10)施加围压；

孔隙压力机构，所述孔隙压力机构与所述测量容器连接，以给所述第一物体或所述岩石样本(10)施加孔隙压力P_n；

测量机构(50)，所述测量机构(50)与所述测量容器连接，以测量所述液体或气体的体积V_n。

7.根据权利要求6所述的岩石孔隙度的测量装置，其特征在于，所述孔隙压力机构采用液体对所述第一物体或岩石样本(10)施加孔隙压力，所述测量机构(50)包括：

计量泵，所述计量泵与所述测量容器连接，以测量所述孔隙压力机构在对所述第一物体或所述岩石样本(10)施加不同孔隙压力时所述密封空间内的液体的体积。

8.根据权利要求6所述的岩石孔隙度的测量装置，其特征在于，所述围压机构包括：

夹持器(40)，所述夹持器(40)设置在所述测量容器内，以固定所述第一物体或所述岩石样本(10)，并给所述第一物体或所述岩石样本(10)施加围压。

9.根据权利要求8所述的岩石孔隙度的测量装置，其特征在于，所述夹持器(40)具有入口端(41)和出口端(42)，所述孔隙压力机构包括：

第一孔隙压力阀(31)，所述第一孔隙压力阀(31)与所述入口端(41)连接，以向所述入口端(41)内通入预设压力的气体或液体；

第二孔隙压力阀(32)，所述第二孔隙压力阀(32)与所述出口端(42)连接，以向所述出口端(42)内通入预设压力的气体或液体。

10.根据权利要求9所述的岩石孔隙度的测量装置，其特征在于，所述岩石孔隙度的测量装置还包括：

控制器，所述控制器与所述第一孔隙压力阀(31)和所述第二孔隙压力阀(32)均连接，以控制所述第一孔隙压力阀(31)和所述第二孔隙压力阀(32)的开闭；

围压阀(20)，所述围压阀(20)与所述控制器连接，以使所述控制器通过控制所述围压阀(20)的开闭对所述第一物体或岩石样本(10)施加围压。

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