CN1462872A - 大直径岩石气体渗透率测试标定方法 - Google Patents

Abstract

一种大直径岩石气体渗透率测试标定方法，为一圆形壳体内装有标准物质，用于标定φ60mm以上不同规格的渗透率测定仪。本项发明适用于具有夹持φ60mm以上样品的岩心夹持器的渗透率测定仪，并且由于该标定器在结构设计上考虑了装拆的方便性，并设计了专用装拆工具，所以每种规格的岩心夹持器最少只需配备一只标定器，在使用时可随时更换内部的小标准样以改变标称值，不仅能满足渗透率仪整个测量范围的标定，也可满足在水平和垂直两个渗透率测试方向对仪器的标定，保证了其量值的准确性和统一性。

Description

大直径岩石气体渗透率测试标定方法

技术领域

本发明有关于一种用于标定岩石渗透率测试的方法，具体地说涉及一种大直径岩石气体渗透率测试标定方法。

背景技术

各类岩石渗透率测试仪都必须使用国家二级以上标准物质定期进行标定。当仪器测试状态发生重大变化(如更换橡皮套、改变测试流程)时要随时标定。

根据油田勘探开发或地质矿产研究目的的不同，要使用各种不同规格的岩心样品。如目前油田勘探开发科研生产中常见的φ115×100mm、φ100×100mm、φ70×100mm、φ38×10mm、φ25×25mm等规格的岩心样品。每种规格的岩心样品测试岩石渗透率时都选用相应的岩心夹持器，同时也要使用相应规格的标准样予以标定，才能保证渗透率测定的准确度。

目前，国内只能生产和复标小直径(直径25mm)孔隙型渗透率标准物质(以下简称标准样)，对于其它各种规格的渗透率测试仪器的标定，采用以下三种方法，一是使用国外相匹配的标样(数值单一，公称尺寸不一致)，标定点与仪器测量范围或测量点相差甚远，失去其标定意义；二是因仪器无标准物质直接标定，而采用间接标定，即定期检定压力表等计量器具，这就需经常拆卸仪器部件，易造成仪器气路密封件、连接件的损坏，使量值溯源过程复杂；三是将φ25mm的夹持器，联接到大直径渗透率测定仪上对仪器标定。后两种方法的缺陷表现在不易检验测试时夹持器密封岩样的效果。从另一方面看，每一种规格的岩石样品需要有相应规格的岩心夹持器相匹配，如果每一种规格的岩石样品都必须配备一套标准样品，那么除适合使用国内能生产和复标的直径25mm规格孔隙型渗透率标准样的岩石渗透率测定仪外，其它所有的渗透率测定仪都必须定期到国外权威机构复标，这对任何一个国内企业或研究机构来说都是沉重的负担，同时，因标准样标定问题也会阻碍岩石渗透率测试技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大直径岩石气体渗透率测试标定方法，能够实现多种规格样品的岩石渗透率测试仪统一采用国内生产的标准样(φ25mm)对仪器进行标定及定期复标的工具，从而实现岩石渗透率检测标样完全国产化，优化资源配置，保证量值统一和溯源。

为实现上述目的，本发明提供的大直径岩石气体渗透率测试标定方法，采用的装置为：

一圆形壳体，其一端为封闭，一端为敞口，该壳体中心同轴地自封闭端至敞口端方向设有内径依次增大的出气端气室、标准物质室和入气端气室；

壳体端面上设有与出气端气室相连通的垂向出气孔，其侧面对称地设有与出气端气室相连通的水平出气孔和与入气端气室相连通的水平入气孔，该水平出气孔与出气端气室通过一导气孔道相连通。

出气端气室与标准物质室之间形成有一台肩状的密封端面，该标准物质室长度为标准物质长度的一半，标准物质室的内径能容置标准物质。

入气端气室的开口处设有螺纹，与端盖螺旋相连接，该端盖上开设有多个垂向入气孔，水平入气孔与入气端气室通过一导气孔道相连通。

一O型密封圈，置于标准物质室，与密封端面紧密配合。

标准物质，为Φ25mm×25mm的圆柱状，其构成为在不锈钢圆柱状外壳的中心通孔中封置一个具有微孔隙的圆柱渗透体，置于标准物质室，抵顶O型密封圈。

一标准物质保护环，为一外圈设有凹槽的环状结构，槽内开设有多个导气槽孔；置于入气端气室，抵顶标准物质。

一弓形板状弹簧，其边缘抵顶标准物质保护环端面边缘处。

用上述装置进行标定的方法为：

根据被测小直径标准样的标称值进行换算，换算公式为： $K_n=K_s\frac{l_n\·d_s^2}{l_s\·d_n^2}$ 式中：K_n-转换后的渗透率标称值；

  K_s-原标准样标称值；

  l_n、d_n-分别为外壳的长度、直径；

  l_s、d_s-分别为原标准样的长度、直径。

上述方法中，也可以在计算时直接使用小标样的长度直径，标称值也直接采用小标样的标称值。在这种方式中，本装置仅起到一个过渡容器的作用，不存在换算误差，适用于实验室不同规格标样标定的应用。

本发明所述的小标样的长度和直径为φ25mm×25mm，可标定直径为60mm以上的样品。

本发明可采用φ25mm×25mm标样对各种规格的岩心渗透率测试仪器进行标定。

按照上述方法，可根据已有的小标样系列制作一张转换表，将系列中所有小标样装入本装置以后换算得到的标称值列于表中，便于以后应用。

附图说明

图1为本项发明大直径岩石气体渗透率测试仪标定器的立体分解图；

图2为本项发明所涉及的标准物质结构示意图；

图3为本项发明中大直径岩石气体渗透率测试仪标定器的组合示意图。

具体实施方式

请先参阅图1，本发明装置整体构造为一圆形壳体1，该壳体1的一端呈封闭状态，相应的另一端为敞口状态，该壳体1中心同轴地自封闭端至敞口端方向设有内径依次增大的出气端气室2、标准物质室3和入气端气室4。

壳体1端面上设有与出气端气室2相连通的垂向出气孔5，壳体1的侧面对称地设有与出气端气室2相连通的水平出气孔6和与入气端气室4相连通的水平入气孔7。

出气端气室2的内径小于标准物质室3的内径，在这两者的连接处形成一个台肩，该台肩为密封端面8。

入气端气室4的开口处设有螺纹9，与端盖10螺旋相连接，该端盖10上开设有多个垂向入气孔11。

标准物质13，置于标准物质室3内，尺寸为Φ25mm×25mm的圆柱状，该标准物质13为不锈钢圆柱状外壳18的中心通孔中封置一个具有微孔隙的圆柱渗透体19，该渗透体采用不同渗透率标准的物质，为一个系列，使用时根据具体情况选用所需标称渗透率值的标准物质。该标准物质13端面边缘的一圈不锈钢外壳为密封面20。关于标准物质13的具体结构请参阅图2。

安装时，请参阅图3。首先将O型密封圈12放入标准物质室3，贴合于密封端面8，将选定渗透率标准的标准物质13装入标准物质室3中，这样，在标准物质13的密封面20和密封端面8之间有一O型密封圈12，该O型密封圈12与标准物质13端面边缘的不锈钢抵触，该密封圈12除了起到密封作用外，还有一个作用是保护标准物质13中心的圆柱渗透体不被破坏。为便于更换标准物质13时的装卸，标准物质室3的长度设计为只是标准物质13长度的一半即可，而入气端气室4的内径大于标准物质室3的内径，当标准物质13装入标准物质室3中时，其标准物质13前半部恰置于标准物质室13，而后半部则置于入气端气室4中，并且其周边与入气端气室4的内壁形成一空隙，在这样的结构下，需要从标准物质室3里面卸下标准物质13时，可很容易地用套筒或镊子伸入该空隙中将标准物质13取出。

标准物质保护环14置于入气端气室4，与前述的O型密封圈12一样抵触于标准物质13端面边缘的不锈钢。该标准物质保护环14为一外圈设有凹槽的环状结构，槽内开设有多个导气槽孔15。

将弓形板状弹簧16的两边缘压触于保护环14，其弹簧16的中部与保护环14呈一空隙，再旋入端盖10。端盖10上设有对称的垂向入气孔11，该气孔11同时也是专用工具将其旋紧或旋松的固定孔。至此，上述各部件均装入壳体1中成为一体。

本发明适用于具有夹持φ60mm以上样品的岩心夹持器的渗透率测定仪，并且由于该标定器在结构设计上考虑了装拆的方便性，并设计了专用装拆工具，所以每种规格的岩心夹持器最少只需配备一只标定器，在使用时可随时更换内部的小标准样以改变标称值，不仅能满足渗透率仪整个测量范围的标定，也可满足在水平和垂直两个渗透率测试方向对仪器的标定，保证了其量值的准确性和统一性。

使用时，将被测小标样装入岩心夹持器中，当作垂直向测试时，外壳1的水平出气孔6和水平入气孔7被岩心夹持器的橡胶套筒包封住(有关岩心夹持器的结构等不属本发明讨论的范畴，在此不作介绍，也不推荐附图，只介绍与本发明有关的工作状态)，测试气流经由端盖10的垂向入气孔11、弓形板状弹簧16与保护环14之间的空隙，通过标准物质13，从出气端气室2的垂向出气孔5流过。如图3中虚线所示路径。

在作水平方向测试时，外壳1两个端面的孔(垂向入气孔11和垂向出气孔5)被橡胶垫密封，气流经由壳体1上的水平入气孔7、导气孔道17流入保护环14上的导气槽孔15，通过标准物质13，从水平出气孔6流过。如图3中实线所示路径。

在实际使用时，根据稳态法渗透率测定仪的测试和计算方法，只要有适当规格的岩心夹持器，就可测试气体流量在其检测范围内的各种长度直径的样品。所以，本发明的标定方法是：

根据所装小直径标准样的标称值进行换算，即，在进行渗透率计算时所需提供的长度和直径就是本装置的外壳长度和直径，其标称值是将小标样的标称值乘上一个换算系数得到的，这个换算系数是小标样的长度和直径及本装置的长度和直径的函数，可由仪器的实际计算公式推导出来，其换算公式为： $K_n=K_s\frac{l_n\·d_s^2}{l_s\·d_n^2}$ 式中：K_n-转换后的渗透率标称值；

  K_s-原标准样标称值；

  l_n、d_n-分别为外壳的长度、直径；

  l_s、d_s-分别为原标准样的长度、直径。

按照本方法，可根据已有的小标样系列制作一张转换表，将系列中所有小标样装入本装置以后换算得到的标称值列于表中，便于以后应用。这种方法比较正规，可形成大标样系列，便于管理和使用，且其换算误差微小可忽略，适用于大标样系列的正式生产。

上述方法中，也可以在计算时直接使用小标样的长度直径，标称值也直接采用小标样的标称值。这时使用的装置仅起到一个过渡容器的作用，不存在换算误差，适用于实验室不同规格标样标定的应用。

本发明针对国产小直径标样做标样容器，将小直径标样模拟成大直径标样，并换算得到模拟成的大直径标样的标称值，以解决大直径渗透率测定仪标定问题，复标时只需标小直径标样即可。本发明的标定方法适用于目前已知的国际、国内各种规格岩心渗透率测试仪器的标定，可使岩石渗透率测试标准样完全国产化。

下面给出的实施例是直接使用小标准样的标称值、长度和直径对使用的大直径(φ100mm及φ110mm)岩心气体渗透率测定仪进行仪器自检的校验记录，可见通过使用标定器顺利解决了大直径(φ100mm及φ110mm)岩心渗透率仪的校准及比对问题。

                   岩石气体渗透率测定仪校验记录

仪器型号	QSY-II				仪器编号		7809
												外观	完好
工作介质	空气				大气压力kPa		100.0		温度℃		18.0
												编号	规格cm		标称值10-3μm2	测试压力MPa	渗透率(10-3μm2)					相对误差(％)	检定结果
长度	直径	1次	2次	3次	平均值
							A47	2.493	2.478	0.227	0.4		0.225	0.225			0.226	0.225		0.7	合格
B47	2.479	2.483	0.900	0.4	0.901	0.903						0.900			0.901							-0.1	合格
							A38	2.497	2.466	0.610	0.4		0.610	0.610			0.610	0.61		0.0	合格
C47	2.526	2.536	9.440	0.4	9.41	9.43						9.42			9.42							0.2	合格
							D47	2.497	2.508	35.40	0.4		35.5	35.4			35.4	35.4		-0.1	合格

Claims (6)

1、一种大直径岩石气体渗透率测试标定方法，所采用的装置为：

一圆形壳体，其一端为封闭，一端为敞口，该壳体中心同轴地自封闭端至敞口端方向设有内径依次增大的出气端气室、标准物质室和入气端气室；

壳体端面上设有与出气端气室相连通的垂向出气孔，其侧面对称地设有与出气端气室相连通的水平出气孔和与入气端气室相连通的水平入气孔，该水平出气孔与出气端气室通过一导气孔道相连通；

出气端气室与标准物质室之间形成有一台肩状的密封端面，该标准物质室长度为标准物质长度的一半，标准物质室的内径能容置标准物质；

入气端气室的开口处设有螺纹，与端盖螺旋相连接，该端盖上开设有多个垂向入气孔，水平入气孔与入气端气室通过一导气孔道相连通；

一O型密封圈，置于标准物质室，与密封端面紧密配合；

标准物质，为Φ25mm×25mm的圆柱状，其构成为在不锈钢圆柱状外壳的中心通孔中封置一个具有微孔隙的圆柱渗透体，置于标准物质室，抵顶O型密封圈；

一标准物质保护环，为一外圈设有凹槽的环状结构，槽内开设有多个导气槽孔；置于入气端气室，抵顶标准物质；

一弓形板状弹簧，其边缘抵顶标准物质保护环端面边缘处；

其特征在于，用上述装置进行标定的方法为：

根据被测小直径标准样的标称值进行换算，换算公式为： $K_n=K_s\frac{l_n\·d_s^2}{l_s\·d_n^2}$ 式中：K_n-转换后的渗透率标称值；

  K_s-原标准样标称值；

  l_n、d_n-分别为外壳的长度、直径；

  l_s、d_s-分别为原标准样的长度、直径。

2、如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述标称值为小标样的标称值。

3、如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述长度和直径为小标样的长度和直径。

4、如权利要求1或3所述的标定方法，其特征在于，所述小标样的长度和直径为φ25mm×25mm。

5、如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述标定的渗透率仪测定样品直径≥60mm。

6、如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，使用φ25mm×25mm标样对各种规格的岩心渗透率测试仪器进行标定。

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