CN115728200A - 新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪及测试方法，该测定仪包括孔隙注入泵、围压自动跟踪泵、岩心夹持器和第一连接管线，该围压自动跟踪泵通过该第一连接管线连接于该岩心夹持器，向该岩心夹持器的围压系统泵入或泵出测试所用的液体，以提供测试所需的围压，并采集围压的数值，该孔隙注入泵连接于该岩心夹持器，向该岩心夹持器中的待测岩心施加孔隙压力，通过向该岩心夹持器及其连接管线中泵入或泵出测试所用液体的量来增加或减小孔隙压力的大小，并采集泵入或泵出液体的体积及孔隙压力的数值。该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪及测试方法避免了人为因素的影响，提高了自动化测试水平，缩短了实验周期，提高了工作效率。

Description

新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪及测试方法

技术领域

本发明涉及储层岩石孔隙体积压缩系数的模拟测试技术领域，特别是涉及到一种新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪及测试方法。

背景技术

岩石孔隙体积压缩系数是影响油藏开发产能预测、试井解释、测井解释及油藏动态储量计算等的重要参数，其测定方法的依据是行业标准SY/T5815-2016，该方法详细介绍了岩石孔隙体积压缩系数的测定步骤及实验数据的处理方法，并给出了简单的测定仪器原理示意图。

长期以来，对岩石孔隙体积压缩系数测定装置的研制，国内各大石油行业实验室大多都是根据标准中的仪器原理示意图，对所需设备及配件进行组装，或者对不同功能的设备及配件进行组合，从而形成各种不同类型的测试装置来实现对岩石孔隙体积压缩系数的测试。

然而，不论采用哪种装置，其基本特征都是：①上覆压力及孔隙压力都是由手动加压泵或外接气源来实现；②上覆压力及孔隙压力的大小由操作人员根据压力表或压力计的指示手动升压或降压；③岩石孔隙体积的变化是由操作人员根据手动加压泵的刻度变化或外接刻度管的刻度变化直接读出。因此，这类装置存在的问题是：①自动化程度低，纯为人工操作，工作效率低；②如果采用保持上覆压力降低孔隙压力的方法测定净有效压力下岩样的孔隙体积，则上覆压力与孔隙压力在持续升压过程中的匹配关系较差。③加压泵或刻度管的刻度较粗，同时由于人工误差的影响，将对实验结果产生较大影响。

在申请号：CN201410662702.6的中国专利申请中，涉及到一种岩心孔隙压缩系数测试装置及其测试方法，所述测试方法包括，选取待测岩心，所述待测岩心可以是低孔低渗岩心；采用饱和盐水称重法测量岩心的孔隙体积；计算实验所用盐水的体积系数；绘制岩心夹持器及其连接管线的体积收缩量曲线；测量岩心夹持器及其连接管线的空白体积；最后测量在各个净有效压力下的岩心孔隙体积；通过对上述测量的结果进行计算，最终得出在各个净有效压力下的岩心孔隙体积压缩系数。

在申请号：CN201110297984.0的中国专利申请中，涉及到同时测量岩石渗透系数、压缩系数及孔隙度的装置及方法，该装置由压力室、上游入口、下游入口、围压入口、上游泵、下游泵、围压泵、真空泵、围压阀、上游针阀、下游针阀、真空针阀、真空阀、分隔阀、真空计、上游压力计、下游压力计、差压计、温度计、控制台组成，该装置原理可靠，操作简便，适用于动态测量复杂应力变化条件下的岩石渗流特性参数及其变化特征。

在申请号：CN201510173594.0的中国专利申请中，涉及到一种岩石渗透率、孔隙度及压缩系数的实时测量装置，它包括内部装载有岩心的岩心夹持器(20)、下游缓冲室(24)以及顺次相连接的内压泵(15)、阀门g(7)连通阀(8)、控速阀A(9)、放空阀(10)，压差计(16)上设置有温度传感器(19)，上游压力传感器(17)与上游压力室21)连通，下游压力传感器(18)与下游压力室22)连通，阀门g(7)和连通阀(8)的连接点与连通阀(8)与控速阀A(9)的连接点之间设置有控速阀B(11)。

以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪及测试方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种大大提高了自动化测试水平，缩短了实验周期，提高了工作效率的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪及测试方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪包括孔隙注入泵、围压自动跟踪泵、岩心夹持器和第一连接管线，该围压自动跟踪泵通过该第一连接管线连接于该岩心夹持器，向该岩心夹持器的围压系统泵入或泵出测试所用的液体，以提供测试所需的围压，并采集围压的数值，该孔隙注入泵连接于该岩心夹持器，向该岩心夹持器中的待测岩心施加孔隙压力，通过向该岩心夹持器及其连接管线中泵入或泵出测试所用液体的量来增加或减小孔隙压力的大小，并采集泵入或泵出液体的体积及孔隙压力的数值。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括第一容器，该第一容器连接于该孔隙注入泵和该围压自动跟踪泵，该第一容器中的液体作为该孔隙注入泵和该围压自动跟踪泵的泵入液体使用。

该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括第二容器，该第二容器连接于该岩心夹持器和该孔隙注入泵，以接收该孔隙注入泵泵出的放空液体。

该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括第三容器和第二连接管线，该第三容器通过该第二连接管线连接于该岩心夹持器，该第三容器接收该围压自动跟踪泵泵出的放空液体。

该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括真空泵，该真空泵连接于该岩心夹持器和该控制电脑，在该控制电脑的控制下对该岩心夹持器中的待测岩心、该岩心夹持器及其连接管线抽真空。

该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括控制电脑和多个电磁阀，该控制电脑连接于该孔隙注入泵、该围压自动跟踪泵、该真空泵和所述多个电磁阀，所述多个电磁阀在该控制电脑的控制下对流程中的各个阀件进行开关控制，该控制电脑控制该孔隙注入泵、该围压自动跟踪泵和该真空泵的启停，采集该孔隙注入泵计量的泵入或泵出液体的体积以及孔隙压力的精确数值，同时采集该围压自动跟踪泵所测围压的数值，该控制电脑对采集到的数据进行数据处理，生成岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线。

本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法，该新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法采用了权利要求1所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，包括：

步骤1，进行岩心的选取及孔隙体积的测定；

步骤2，确定盐水体积系数；

步骤3，进行仪器空白体积及仪器压变系数的综合测定；

步骤4，测定有效上覆压力下岩样孔隙压缩体积；

步骤5，测试完成后，释放上覆压力和孔隙压力，取出岩样，清洗管线，恢复仪器的初始状态；

步骤6，计算并绘制岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1，分别选取低、中、高等三个不同渗透率级别的柱状岩心进行实验，用氦孔隙度仪或采用饱和盐水称重法测量其常压下的孔隙体积。

在步骤2，配制一定浓度的NaCl溶液，并计算其在不同孔隙压力下的盐水体积系数。

在步骤3，根据所测岩样总体积的大小选取不同不锈钢标准体积块的组合，使其总体积基本一致，然后将标准体积块的组合装入岩心夹持器，启动孔隙注入泵,围压自动跟踪泵，将第一容器中的液体泵入到孔隙注入泵及围压自动跟踪泵中，第一容器中的液体为步骤2中配制的标准NaCl溶液；启动围压自动跟踪泵，对标准体积块加初始围压即上覆压力，之后启动真空泵对岩心夹持器及连接管线抽真空，达到真空要求后启动孔隙注入泵，用标准NaCl溶液饱和岩心夹持器及连接管线，饱和充分后在上覆压力始终高于孔隙压力1.38MPa的前提下，对上覆压力和孔隙压力连续加压，一直加到实验要求的最高上覆压力p_obmax为止；然后保持上覆压力恒定，用孔隙压力泵以3.45MPa～6.90MPa的步长逐点降低孔隙压力，待压力稳定后，测定各实验点的压力P_pore及岩心室中盐水的排出量V_pump0，直到孔隙压力降到1.38MPa为止，停止实验，实验点数不少于6个。

在步骤4，将步骤1)中选取的岩心放入岩心夹持器，按照步骤3)中预先设定的实验点重复步骤3)中测量仪器空白体积及仪器压变系数的实验步骤，得到最高上覆压力p_obmax、各实验点的压力P_pore及岩心室中盐水的排出量V_pumpcore，的数值；步骤3)与步骤4)中预先设定的最高上覆压力p_obmax和各实验点的压力P_pore完全一致，不同的是步骤3)中岩心室中盐水的排出量为V_pump0，而步骤4)中岩心室中盐水的排出量为V_pumpcore。

在步骤5，测试完成后，启动围压自动跟踪泵、孔隙注入泵释放上覆压力和孔隙压力，取出岩样，然后将第一容器中换成不易腐蚀仪器及管道的液体，将第一容器中的液体泵入围压自动跟踪泵和孔隙注入泵中，之后启动围压自动跟踪泵、孔隙注入泵，将围压系统及管道中排出的液体注入第三容器，将岩心室孔隙系统及管道中排出的液体注入第二容器，清洗完毕后释放上覆压力和孔隙压力，恢复仪器的初始状态。

在步骤6，新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪中的控制电脑依据步骤1～步骤5中测试的各项参数来计算并绘制岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线。

本发明中的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪及测试方法，其构成主要包括1台ISCO型孔隙注入泵、1台ISCO型围压自动跟踪泵、1套岩心夹持器、控制电脑、真空泵、电磁阀、连接管线及容器等。其测定步骤包括：①岩心的选取及孔隙体积的测定；②盐水体积系数的确定；③仪器空白体积及仪器压变系数的综合测定；④有效上覆压力下岩样孔隙压缩体积的测定；⑤测试完成后取出岩样，清洗管线，恢复仪器的初始状态；⑥计算并绘制岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线。该仪器采用两台高精度的ISCO泵组合的方式来代替传统的手动加压泵，并在计算机控制下进行操作，从而有效提高了测试压力与孔隙压缩体积的精度，提高了测试数据的准确性；在持续升压与降压的过程中不受人为因素的影响，上覆压力及孔隙压力的匹配关系较好；测试数据自动采集处理，避免了测试及数据处理过程中人为因素的影响；该仪器大大提高了自动化测试水平，缩短了实验周期，提高了工作效率。相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

①该仪器采用两台高精度的ISCO泵组合的方式来代替传统的手动加压泵，并在计算机控制下进行操作，从而有效提高了测试压力与孔隙压缩体积的精度，提高了测试数据的准确性；

②在持续升压与降压的过程中不受人为因素的影响，上覆压力及孔隙压力的匹配关系较好；

③测试数据自动采集处理，避免了测试及数据处理过程中人为因素的影响；

④该仪器大大提高了自动化测试水平，缩短了实验周期，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪的一具体实施例的结构图；

图2为本发明的一具体实施例中低孔低渗岩心孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线图；

图3为本发明的一具体实施例中中、高渗岩心孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线图；

图4为本发明的一具体实施例中高渗岩心孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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发明的示例性实施方式。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、操作和/或它们的组合。

本发明的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪包括1台I SCO型孔隙注入泵、1台ISCO型围压自动跟踪泵、1套岩心夹持器、控制电脑、真空泵、电磁阀、连接管线及容器等。

所述ISCO型孔隙注入泵是用来提供孔隙压力与孔隙体积变化的精确测量设备，在计算机控制下实现对孔隙压力的升降与测量以及对孔隙压缩体积的精确测量。

所述ISCO型围压自动跟踪泵是用来提供上覆压力变化的精确测量设备，在计算机控制下实现对上覆压力的升降与测量，同时保持与孔隙压力的精确匹配。

所述岩心夹持器是用来放置实验岩心及进行整个实验操作的一个主要部件。

所述控制电脑是用来控制整个实验过程的运作及数据采集与处理的中心部件。

所述真空泵是在电脑控制下用来对岩样、管线及岩心室孔隙系统抽真空的装置。

所述电磁阀是在电脑控制下对流程中的各个阀件进行开关自动控制的部件。

所述连接管线是将各部件相互连接部分的3mm不锈钢管线。

所述容器就是用来盛放液体的玻璃瓶。

以下为应用本发明的几个具体实施例。

实施例1：

在应用本发明的一具体实施例1中，如图1所示，图1为本发明的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪的结构图。

新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪,其装置包括ISCO型孔隙注入泵3,ISCO型围压自动跟踪泵2，岩心夹持器4，控制电脑1，真空泵5，电磁阀9、10、11、12、13、14、15、16、17、18，连接管线19、20，容器6、7、8。

ISCO型孔隙注入泵3连接电磁阀11、12，电磁阀11的另一端与盛有液体的容器6相连，电磁阀12的另一端分别与电磁阀13、18相连，电磁阀13的另一端与岩心夹持器4的岩心室相连，电磁阀18的另一端与电磁阀15、17相连，连接所用的管线为3mm不锈钢管线19、20。其中孔隙注入泵3用于向岩心夹持器4及其连接管线中泵入或泵出测试所用的液体，并计量泵入或泵出液体的体积，计量精度达到±10^-5ml；同时，孔隙注入泵3还用于向待测岩心施加孔隙压力，通过向岩心夹持器4及其连接管线中泵入或泵出测试所用液体的量来增加或减小孔隙压力的大小，并精确采集孔隙压力的数值；整个操作过程是在计算机控制下实现对孔隙压力的升降与测量以及对泵入或泵出液体体积的精确测量。

ISCO型围压自动跟踪泵2连接电磁阀9、10，电磁阀10的另一端与盛有液体的容器6相连，电磁阀9的另一端与岩心夹持器4的围压系统相连接。连接所用的管线为3mm不锈钢管线19、20。其中围压自动跟踪泵2通过连接管线19用于向岩心夹持器4的围压系统泵入或泵出测试所用的液体，并将液体的压力直接作用在三轴向设计的围压系统的橡胶套及岩心的两个端面上，从而达到对测试岩心施加上覆压力(围压)的目的；根据预先设定的围压值，围压自动跟踪泵2通过控制向岩心夹持器4的围压系统泵入或泵出测试所用液体的量，来实现达到测试所需围压的目的，并精确采集围压的数值；同时，围压自动跟踪泵2需要在计算机控制下实现对上覆压力的升降与测量，同时保持与孔隙压力的精确匹配。

岩心夹持器4的岩心室的一端与电磁阀13相连；另一端与电磁阀15、16相连，电磁阀15的另一端与电磁阀17、18相连，电磁阀17的另一端与真空泵5相连；电磁阀16的另一端与盛有液体的容器7相连。岩心夹持器4的围压系统与电磁阀9相连，同时与电磁阀14相连，电磁阀14的另一端与盛有液体的容器8相连。其中岩心夹持器4是用来放置实验岩心及进行整个实验操作的一个主要部件，它是经过特殊设计的三轴向岩心夹持器，能同时将压力作用在实验岩心的径向和轴向，从而实现对测试岩心施加上覆压力的目的。

控制电脑1通过电缆与数据采集线分别与孔隙注入泵3、围压自动跟踪泵2、真空泵5、电磁阀9、10、11、12、13、14、15、16、17、18相连。其中控制电脑1用于控制孔隙注入泵3向岩心夹持器4及其连接管线中泵入或泵出液体，同时精确采集孔隙注入泵3计量的泵入或泵出液体的体积以及孔隙压力的精确数值；控制电脑1还用于控制围压自动跟踪泵2向岩心夹持器4的围压系统及其连接管线中泵入或泵出液体，并通过围压自动跟踪泵2精确采集围压的数值；同时，围压自动跟踪泵2需要在计算机控制下保持与孔隙注入泵3的精确匹配；控制电脑1还用于控制真空泵5的启停，电磁阀9、10、11、12、13、14、15、16、17、18等的开关与闭合，配合孔隙注入泵3、围压自动跟踪泵2共同完成岩石孔隙体积压缩系数的测定；另外，控制电脑1还要对采集到的数据进行运算与处理，生成岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线，并输出完整的实验报告。因此，控制电脑1是用来控制整个实验过程的运作及数据采集与处理的中心部件。

真空泵5与电磁阀17相连，真空泵5是在电脑控制下用来对岩样、管线及岩心室孔隙系统抽真空的装置。

电磁阀9、10、11、12、13、14、15、16、17、18，是在电脑控制下进行开关与闭合，配合孔隙注入泵3、围压自动跟踪泵2、真空泵5共同完成岩石孔隙体积压缩系数的测定；

连接管线19、20是将各部件相互连接部分的3mm不锈钢管线。

容器6与电磁阀10相连，同时也与电磁阀11相连；容器7与电磁阀16相连；容器8与电磁阀14相连。容器6中的液体作为孔隙注入泵3与围压自动跟踪泵2的泵入液体使用，而容器7与容器8中的液体分别是岩心夹持器4中孔隙系统与围压系统的放空液体。

新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪：

①采用两台高精度的ISCO泵相组合的方式来代替传统的手动加压泵，并在计算机控制下对上覆压力及孔隙压力进行升压或降压，从而有效提高了仪器的自动化测试水平。②实现孔隙体积、孔隙压缩体积、上覆压力及孔隙压力等数据的计算机自动采集技术，避免测试过程中的人为因素，从而有效提高了数据的准确性。③实现人机交互式操作界面，实验过程易于控制。④实现测试数据自动处理功能，并能输出完整的实验报告。

本发明的新型岩石孔隙体积压缩系数测定方法，包括了以下步骤：

步骤1，岩心的选取及孔隙体积的测定

分别选取低、中、高等三个不同渗透率级别的柱状岩心进行实验，按GB/T 29172中的规定用氦孔隙度仪或采用饱和盐水称重法测量其常压下的孔隙体积。

步骤2，盐水体积系数的确定

配制一定浓度的NaCl溶液，并计算其在不同孔隙压力下的盐水体积系数。

步骤3，仪器空白体积及仪器压变系数的综合测定

根据所测岩样总体积的大小选取不同不锈钢标准体积块的组合，使其总体积基本一致，然后将标准体积块的组合装入岩心夹持器4，关闭电磁阀9、12，打开电磁阀10、11，启动孔隙注入泵3,围压自动跟踪泵2，将容器6中的液体泵入到孔隙注入泵3及围压自动跟踪泵2中，关闭电磁阀10、11，容器6中的液体为步骤2中配制的标准NaCl溶液。关闭电磁阀14，打开电磁阀9，启动围压自动跟踪泵2，对标准体积块加初始围压(上覆压力)，之后打开电磁阀13、15、17、18，关闭电磁阀16，启动真空泵5，对岩心夹持器4及连接管线抽真空，达到真空要求后关闭电磁阀17，打开电磁阀12，启动孔隙注入泵3，用标准NaCl溶液饱和岩心夹持器4及连接管线，饱和充分后在上覆压力始终高于孔隙压力1.38MPa的前提下，对上覆压力和孔隙压力连续加压，一直加到实验要求的最高上覆压力p_obmax为止。然后保持上覆压力恒定，用孔隙压力泵3以3.45MPa～6.90MPa的步长逐点降低孔隙压力，待压力稳定后，测定各实验点的压力P_pore及岩心室中盐水的排出量V_pump0，直到孔隙压力降到1.38MPa为止，停止实验，实验点数不少于6个。

步骤4，有效上覆压力下岩样孔隙压缩体积的测定

将步骤1)中选取的岩心放入岩心夹持器4，按照步骤3)中预先设定的实验点重复步骤3)中测量仪器空白体积及仪器压变系数的实验步骤，这样我们就可以得到最高上覆压力p_obmax、各实验点的压力P_pore及岩心室中盐水的排出量V_pumpcore，的数值。需要指出的是步骤3)与步骤4)中预先设定的最高上覆压力p_obmax和各实验点的压力P_pore完全一致，不同的是步骤3)中岩心室中盐水的排出量为V_pump0，而步骤4)中岩心室中盐水的排出量为V_pumpcore。

步骤5，测试完成后，释放上覆压力和孔隙压力，取出岩样，清洗管线，恢复仪器的初始状态。

测试完成后，启动围压自动跟踪泵2、孔隙注入泵3释放上覆压力和孔隙压力，取出岩样，然后将容器6中换成不易腐蚀仪器及管道的液体，关闭电磁阀9、12，打开电磁阀10、11，将容器6中的液体泵入围压自动跟踪泵2和孔隙注入泵3中，之后关闭电磁阀10、11、15、17，打开电磁阀9、12、13、14、16，18，启动围压自动跟踪泵2、孔隙注入泵3，将围压系统及管道中排出的液体注入容器8，将岩心室孔隙系统及管道中排出的液体注入容器7，清洗完毕后释放上覆压力和孔隙压力，恢复仪器的初始状态。

步骤6，计算并绘制岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线

依据步骤1～步骤5中测试的各项参数来计算并绘制岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线。

实施例2：

在应用本发明的一具体实施例2中，本发明的新型岩石孔隙体积压缩系数测定方法采用了图1中的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，包括了以下步骤：

1)岩心的选取及孔隙体积的测定

为验证该仪器对不同渗透率级别岩心的测试效果，我们分别选取低、中、高等三个不同渗透率级别的柱状岩心进行实验，本实施例2中选取的岩心的孔隙度为7.31％，渗透率为1.29×10^-3μm²,属于低孔低渗岩心。按GB/T 29172中的规定用氦孔隙度仪或采用饱和盐水称重法测量其常压下的孔隙体积V_po。

2)盐水体积系数的确定

0mg/kg～200000mg/kg的NaCl溶液在30℃时体积系数近似公式见式1～式3：

式中：

k₁----常数，其值为0.351104×10^-6；

k₂----常数，其值为0.687323×10^-5；

k₃----常数，其值为0.555917×10^-11；

k₄----常数，其值为0.350709×10^-6；

k₅----常数，其值为0.993080×10^-5；

k₆----常数，其值为0.166979×10^-11；

P_pore----孔隙压力的数值，单位为兆帕(MPa)。

c----NaCl溶液浓度的数值，单位为毫克每千克(mg/kg)。

3)仪器空白体积及仪器压变系数的综合测定

为使仪器所测试的空白体积及仪器压变系数与仪器加入岩样后的空白体积及仪器压变系数基本一致，我们设计了一组长度不同，直径相同，总体积已知的不锈钢标准体积块，通过一块或多块标准体积块的组合，来近似满足与待测岩样总体积的大小一致。同时每一块标准体积块的端面都刻有网状导流槽，中心部位钻有导流孔，保证标准体积块在加有上覆压力的情况下管路中的液体都能通畅流动。

根据所测岩样总体积的大小选取不同不锈钢标准体积块的组合，使其总体积基本一致，然后将标准体积块的组合装入岩心夹持器4，关闭电磁阀9、12，打开电磁阀10、11，启动孔隙注入泵3，围压自动跟踪泵2，将容器6中的液体泵入到孔隙注入泵3及围压自动跟踪泵2中，关闭电磁阀10、11，容器6中的液体为步骤2中配制的标准NaCl溶液。关闭电磁阀14，打开电磁阀9，启动围压自动跟踪泵2，对标准体积块加初始围压(上覆压力)，之后打开电磁阀13、15、17、18，关闭电磁阀16，启动真空泵5，对岩心夹持器4及连接管线抽真空，达到真空要求后关闭电磁阀17，打开电磁阀12，启动孔隙注入泵3，用标准NaCl溶液饱和岩心夹持器4及连接管线，饱和充分后在上覆压力始终高于孔隙压力1.38MPa的前提下，对上覆压力和孔隙压力连续加压，一直加到实验要求的最高上覆压力p_obmax为止。然后保持上覆压力恒定，用孔隙压力泵3以3.45MPa～6.90MPa的步长逐点降低孔隙压力，待压力稳定后，测定各实验点的压力P_pore及岩心室中盐水的排出量V_pump0，直到孔隙压力降到1.38MPa为止，停止实验，实验点数不少于6个。

4)有效上覆压力下岩样孔隙压缩体积的测定

将岩样用热熔型胶带包在周围，再用热缩性塑料管封包岩样。封包时应将塑料与岩样接触处的空气全部除尽，岩样上如有洞和缺角，应该用热熔性塑料或其他不污染岩样的物质充填。

将步骤1)中选取的岩心放入岩心夹持器4，按照步骤3)中预先设定的实验点重复步骤3)中测量仪器空白体积及仪器压变系数的实验步骤，这样我们就可以得到最高上覆压力p_obmax、各实验点的压力P_pore及岩心室中盐水的排出量V_pumpcore，的数值。需要指出的是步骤3)与步骤4)中预先设定的最高上覆压力p_obmax和各实验点的压力P_pore完全一致，不同的是步骤3)中岩心室中盐水的排出量为V_pump0，而步骤4)中岩心室中盐水的排出量为V_pumpcore。

5)测试完成后，释放上覆压力和孔隙压力，取出岩样，清洗管线，恢复仪器的初始状态。

测试完成后，启动围压自动跟踪泵2、孔隙注入泵3释放上覆压力和孔隙压力，取出岩样，然后将容器6中换成不易腐蚀仪器及管道的液体，关闭电磁阀9、12，打开电磁阀10、11，将容器6中的液体泵入围压自动跟踪泵2和孔隙注入泵3中，之后关闭电磁阀10、11、15、17，打开电磁阀9、12、13、14、16，18，启动围压自动跟踪泵2、孔隙注入泵3，将围压系统及管道中排出的液体注入容器8，将岩心室孔隙系统及管道中排出的液体注入容器7，清洗完毕后释放上覆压力和孔隙压力，恢复仪器的初始状态。

6)有效上覆压力的计算：

根据岩石孔隙体积压缩系数测定实验中的上覆压力和孔隙压力，根据式4计算出对应各点的有效上覆压力。

P_eob＝p_obmax-P_pore (4)

式中：

P_eob——有效上覆压力的数值，单位为兆帕(MPa)；

p_obmax——最大上覆压力的数值，单位为兆帕(MPa)；

孔隙体积的计算：

保持上覆压力不变，逐点降低孔隙压力的过程，相当于岩心承受的有效上覆压力不断增大的过程。在这一过程中每个孔隙压力下，岩心室中盐水的排出量V_pump0或V_pumpcore由计量泵测得，它包括累积盐水膨胀量V_e、仪器的收缩量V_is，和岩样的孔隙收缩量V_ps，即：

V_pumpcore＝V_ecore+V_iscore+V_pscore (5)

在步骤3)中如果忽略不锈钢标准体积块在净上覆压力下的总体积收缩量，同时因其孔隙收缩量V_ps＝0，则5式可化为：

V_pump0＝V_e0+V_is0 (6)

因此，岩心夹持器在装有不锈钢标准体积块的情况下，岩心室中盐水的排出量V_pump0等于累积盐水膨胀量V_e0和仪器的收缩量V_is0的和。

同时由于步骤3)中做仪器空白体积及仪器压变系数实验的不锈钢标准体积块是一组不同不锈钢标准体积块的组合，其总体积与岩心总体积基本一致，又由于岩心夹持器为三轴向岩心夹持器，三个方向同时受力，这样就保证了岩心夹持器在装有不锈钢标准体积块与实验岩心时累积盐水膨胀量V_e和仪器的收缩量V_is的和基本一致，即：

V_ecore+V_iscore＝V_e0+V_is0 (7)

根据式5、6、7，可以得出：

V_pscore＝V_pumpcore-V_pump0 (8)

即岩样的孔隙收缩量等于岩心夹持器在装有实验岩心和不锈钢标准体积块时，在有效上覆压力的作用下岩心室中盐水排出量的差值。同时，岩样的孔隙收缩量是由孔隙计量泵测定，因此需要根据盐水体积系数k校正到每个有效上覆压力点下对应的岩样的孔隙收缩量V_psicore，即：

V_psicore＝k·V_pscore (9)

而每个有效上覆压力点下岩样的孔隙收缩量V_psicore等于常压下孔隙体积V_pocore与每个实验点的孔隙体积V_picore的差，即：

V_psicore＝V_pocore-V_picore (10)

由式1、2、3、5、6、7、8、9、10得每个有效上覆压力点下对应的岩样的孔隙体积V_picore为：

V_picore＝V_pocore-V_psicore (11)

岩石孔隙体积压缩系数的计算：

根据式4和式11计算得到有效上覆压力P_eob和其对应的岩样的孔隙体积V_picore，以有效上覆压力为X轴，孔隙体积为Y轴绘图，并进行曲线拟合，确定曲线拟合方程。求出曲线上各有效上覆压力的一阶导数，即dV_picore/d_peob值，根据式12计算出有效上覆压力下的岩石孔隙体积压缩系数。

式中：

C_peob——岩石孔隙体积压缩系数的数值，单位为每兆帕(MPa^-1)；

V_picore——不同有效上覆压力下，岩石孔隙体积的数值，单位为立方厘米(cm³)；

dV_picore/d_peob——改变单位压力引起孔隙体积变化的数值，单位为立方厘米每兆帕(cm³/MPa)。

由于岩心夹持器4是三轴向岩心夹持器，岩样处于三轴向应力状态，但在一般地质条件下，岩石处于单轴向应力状态，因此需要将式12计算的岩石孔隙体积压缩系数乘以体积应变转换系数d转换到实际油层条件下的岩石孔隙体积压缩系数，一般情况下，体积应变转换系数α为0.619。

图2是该实施例中用该型岩石孔隙体积压缩系数测定仪测得的所选取岩样的1个实施例的实验图例。

实施例3：

本实施例3中选取两块渗透率级别不同的岩心，其中一块的孔隙度为18.7％，渗透率为1.60E+02×10^-3μm²，另一块的孔隙度为36.7％，渗透率为1.02E+03×10^-3μm²，分别属于中、高渗透率岩心。

按照实施例2中的实验步骤及计算方法进行实验并计算得出不同有效上覆压力下的岩石孔隙体积压缩系数，做岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线，如图3、图4。

从图2、图3、图4中的岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线可以看出，该型岩石孔隙体积压缩系数测定仪对不同渗透率级别岩心的测试效果都是非常精确的，实验结果符合不同渗透率级别岩心孔隙体积压缩系数的曲线特征。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (13)

1.新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，其特征在于，该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪包括孔隙注入泵、围压自动跟踪泵、岩心夹持器和第一连接管线，该围压自动跟踪泵通过该第一连接管线连接于该岩心夹持器，向该岩心夹持器的围压系统泵入或泵出测试所用的液体，以提供测试所需的围压，并采集围压的数值，该孔隙注入泵连接于该岩心夹持器，向该岩心夹持器中的待测岩心施加孔隙压力，通过向该岩心夹持器及其连接管线中泵入或泵出测试所用液体的量来增加或减小孔隙压力的大小，并采集泵入或泵出液体的体积及孔隙压力的数值。

2.根据权利要求1所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，其特征在于，该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括第一容器，该第一容器连接于该孔隙注入泵和该围压自动跟踪泵，该第一容器中的液体作为该孔隙注入泵和该围压自动跟踪泵的泵入液体使用。

3.根据权利要求1所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，其特征在于，该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括第二容器，该第二容器连接于该岩心夹持器和该孔隙注入泵，以接收该孔隙注入泵泵出的放空液体。

4.根据权利要求1所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，其特征在于，该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括第三容器和第二连接管线，该第三容器通过该第二连接管线连接于该岩心夹持器，该第三容器接收该围压自动跟踪泵泵出的放空液体。

5.根据权利要求1所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，其特征在于，该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括真空泵，该真空泵连接于该岩心夹持器和该控制电脑，在该控制电脑的控制下对该岩心夹持器中的待测岩心、该岩心夹持器及其连接管线抽真空。

6.根据权利要求5所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，其特征在于，该新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪还包括控制电脑和多个电磁阀，该控制电脑连接于该孔隙注入泵、该围压自动跟踪泵、该真空泵和所述多个电磁阀，所述多个电磁阀在该控制电脑的控制下，对流程中的各个阀件进行开关控制，该控制电脑控制该孔隙注入泵、该围压自动跟踪泵和该真空泵的启停，采集该孔隙注入泵计量的泵入或泵出液体的体积以及孔隙压力的精确数值，同时采集该围压自动跟踪泵所测围压的数值，该控制电脑对采集到的数据进行数据处理，生成岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线。

7.新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法，其特征在于，该新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法采用了权利要求1所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪，包括：

步骤1，进行岩心的选取及孔隙体积的测定；

步骤2，确定盐水体积系数；

步骤3，进行仪器空白体积及仪器压变系数的综合测定；

步骤4，测定有效上覆压力下岩样孔隙压缩体积；

步骤5，测试完成后，释放上覆压力和孔隙压力，取出岩样，清洗管线，恢复仪器的初始状态；

步骤6，计算并绘制岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线。

8.根据权利要求7所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法，其特征在于，在步骤1，分别选取低、中、高等三个不同渗透率级别的柱状岩心进行实验，用氦孔隙度仪或采用饱和盐水称重法测量其常压下的孔隙体积。

9.根据权利要求7所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法，其特征在于，在步骤2，配制一定浓度的NaCl溶液，并计算其在不同孔隙压力下的盐水体积系数。

10.根据权利要求7所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法，其特征在于，在步骤3，根据所测岩样总体积的大小选取不同不锈钢标准体积块的组合，使其总体积基本一致，然后将标准体积块的组合装入岩心夹持器，启动孔隙注入泵、围压自动跟踪泵，将第一容器中的液体泵入到孔隙注入泵及围压自动跟踪泵中，第一容器中的液体为步骤2中配制的标准NaCl溶液；启动围压自动跟踪泵，对标准体积块加初始围压即上覆压力，之后启动真空泵对岩心夹持器及连接管线抽真空，达到真空要求后启动孔隙注入泵，用标准NaCl溶液饱和岩心夹持器及连接管线，饱和充分后在上覆压力始终高于孔隙压力1.38MPa的前提下，对上覆压力和孔隙压力连续加压，一直加到实验要求的最高上覆压力p_obmax为止；然后保持上覆压力恒定，用孔隙压力泵以3.45MPa～6.90MPa的步长逐点降低孔隙压力，待压力稳定后，测定各实验点的压力P_pore及岩心室中盐水的排出量V_pump0，直到孔隙压力降到1.38MPa为止，停止实验，实验点数不少于6个。

11.根据权利要求7所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法，其特征在于，在步骤4，将步骤1)中选取的岩心放入岩心夹持器，按照步骤3)中预先设定的实验点重复步骤3)中测量仪器空白体积及仪器压变系数的实验步骤，得到最高上覆压力p_obmax、各实验点的压力P_pore及岩心室中盐水的排出量V_pumpcore，的数值；步骤3)与步骤4)中预先设定的最高上覆压力p_obmax和各实验点的压力P_pore完全一致，不同的是步骤3)中岩心室中盐水的排出量为V_pump0，而步骤4)中岩心室中盐水的排出量为V_pumpcore。

12.根据权利要求7所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法，其特征在于，在步骤5，测试完成后，启动围压自动跟踪泵、孔隙注入泵释放上覆压力和孔隙压力，取出岩样，然后将第一容器中换成不易腐蚀仪器及管道的液体，将第一容器中的液体泵入围压自动跟踪泵和孔隙注入泵中，之后启动围压自动跟踪泵、孔隙注入泵，将围压系统及管道中排出的液体注入第三容器，将岩心室孔隙系统及管道中排出的液体注入第二容器，清洗完毕后释放上覆压力和孔隙压力，恢复仪器的初始状态。

13.根据权利要求7所述的新型岩石孔隙体积压缩系数测试方法，其特征在于，在步骤6，新型岩石孔隙体积压缩系数测定仪中的控制电脑依据步骤1～步骤5中测试的各项参数来计算并绘制岩石孔隙体积压缩系数与有效上覆压力的关系曲线。

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