CN210005399U - 一种岩芯孔隙度抽真空测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及岩芯分析领域，具体是指一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，包括气源，参比室，样品室，压力表，参比室及样品室通过管线与气源连接，管线上安装有用于控制参比室及样品室进气的阀门、用于检测参比室及样品室的压力表，还包括抽真空装置及用于抽真空装置开启的阀门，抽真空装置管线连接在样品室的侧壁面上，其连接位置与气源与样品室管线连接的位置正对。本实用新型通过抽真空位置与进气管线连接位置正对的方式，减小样品室与参比室连通的管线直径及阀门驱替体积，提高岩芯孔隙度测量装置的测量精度、抽真空稳定性及抽真空效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩芯分析领域，具体是指一种岩芯孔隙度抽真空测量装置。
背景技术
随着非常规油气勘探开发的持续升温，页岩气正走进一代又一代石油科学家的眼球，页岩储层的孔隙度测量就显得尤为重要。页岩储层岩石的致密性、有机质含量及矿物组分的特殊性，使其孔隙结构变得更加复杂、孔隙半径细小、连通性变差甚至出现不连通的封闭孔隙等特点，导致页岩储层孔隙度准确测量是一个尚未攻克的技术难点。
目前根据国家标准《GB/T29172-2012岩心分析方法》针对孔隙度有以下定义：
总孔隙度：连通孔隙体积和不连通孔隙体积之和所占岩心总体积的百分比；
连通孔隙度：连通孔隙体积占岩心总孔隙体积的百分比。
由于水力压裂技术已成为页岩储层成果开采和增产的主要技术手段，不连通孔隙变成了可能开采的潜在孔隙，故而评价页岩总孔隙度需考虑不连通孔隙的存在。总孔隙度测量的不准确性，直接影响到页岩储层中油气资源量的计算；参见图1，压力对连通孔隙测量的影响，随着压力的增加连通孔隙度精度越高，而目前测量压力一般只有200psi(约1.4MPa)，因此造成连通孔隙度测量的不准确性，进而直接关系到有效储层的评价，影响到有利储层开发段的选取和探明储量计算。而要想针对非常规储层油气资源的产能和可采储量计算，总孔隙度及连通孔隙度还不能满足油气勘探开发，为此，我们定义“可采孔隙度”：
“可采孔隙度”：在一定压差下，连通孔隙体积与气体滞留孔隙体积之差占岩心总体积的百分比。
“可采孔隙度”的不确定性，更决定着非常规储层油气资源的产能和可采储量计算。综上所述，总孔隙度、连通孔隙度、“可采孔隙度”的准确测量是页岩储层油气勘探开发资源评价的重中之重。
目前最先进的氦孔隙度仪，包括美国岩心公司和法国万奇公司的氦孔隙度仪，在测定岩石颗粒体积时存在四个不足：一是氦气饱和压力太低，一般只有200psi；二是系统没有抽真空，岩心内的气体没有被抽出；三是由于饱和压力过低，岩心无法充分饱和氦气，也无法测量或估算地层条件下的“可采孔隙度”；四是无法测量粉末状页岩岩心。因此，孔隙度测量时饱和压力过低，导致氦孔隙度测定结果通常比高真空高压液体饱和法孔隙度偏小，尤其是页岩储层，测定的孔隙度值严重偏低；另一方面，无法实现页岩“可采孔隙度”测量和地层条件下的“可采孔隙度”估算。此外，在采用几何法计算样品总体积时，常常出现颗粒体积大于样品总体积的情况，造成孔隙度出现负值。直接原因为：在测量孔隙度时，样品没有抽真空和氦气饱和压力太低。除此外，页岩中存在许多不连通孔隙，在测量页岩总孔隙度时就必须将页岩粉碎，若不粉碎页岩样品将导致总孔隙度严重偏小。
此外，为了尽可能提高岩芯孔隙度测量装置的测量精度，减小样品室与参比室连通管线的直径及阀门的驱替体积(VV，由关闭到打开位置)，因此样品室与参比室连通的管线一般直径在2mm，这样就造成样品室与参比室连接的管线直径较小，无法在此处进行抽真空，因此如何确定岩芯孔隙度测量装置安装抽真空的位置成为本领技术人员的努力方向。
实用新型内容
基于以上问题，本实用新型提供了一种岩芯孔隙度抽真空测量装置。本实用新型通过抽真空位置与进气管线连接位置正对的方式，减小样品室与参比室连通的管线直径及阀门驱替体积，提高岩芯孔隙度测量装置的测量精度、抽真空稳定性及抽真空效率。
本实用新型的第一目的在于提供一种岩芯孔隙度抽真空测量装置。
本实用新型的另一目的在于提供一种“可采孔隙度”的测量方法。
本实用新型的再一目的在于提供一种测量总孔隙度的方法。
本实用新型的还一目的在于提供一种连通孔隙度的方法。
为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，包括气源，参比室，样品室，压力表，参比室及样品室通过管线与气源连接，管线上安装有用于控制参比室及样品室进气的阀门、用于检测参比室及样品室的压力表，还包括抽真空装置及用于抽真空装置开启的阀门，抽真空装置管线连接在样品室的侧壁面上，其连接位置与气源与样品室管线连接的位置正对。
作为一种优选的方式，抽真空装置管线分别与样品室、参比室连接，样品室的连接位置与气源与样品室管线连接的位置正对，参比室的连接位置与气源与参比室管线连接的位置正对，用于抽真空状态开启的阀门包括分别设在系统抽真空管线与参比室连接处的样品室抽真空控制阀门、设在系统抽真空管线与参比室连接处的参比室抽真空控制阀门、设在系统抽真空管线与抽真空泵连接处的抽真空控制阀门、设在系统抽真空管线与真空表连接处的真空传感控制阀门。
作为一种优选的方式，用于控制参比室及样品室进气的阀门为设在参比室及样品室进气管线上的样品室进气阀门、参比室进气阀门及控制气源连通的总控制阀门。
作为一种优选的方式，样品室内设有顶部开口的样品杯，样品杯顶部开口罩有防护帽。
作为一种优选的方式，气源出口的管线上安装有用于单向增压的高压控制阀。
作为一种优选的方式，与气源连接的管线末端设有排空阀。
作为一种优选的方式，还包括与阀门及传感装置连接控制系统和计算机采集系统。
一种“可采孔隙度”的测量方法，包括以下步骤：
S01：测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)、页岩岩心测试样品外观体积(Vb)；
S02：将测试页岩岩心样品放入样品室内，关闭其他阀门，仅打开气源与样品室连通的阀门，向样品室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)；
S03：关闭其他阀门，仅打开样品室与参比室连通的阀门，让气体从样品室膨胀至参比室，待压力稳定后，记录压力表读数(P2)；
S04：利用气体质量平衡方程式推导计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)，利用样品外观体积(Vb)与测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)计算“可采孔隙度”(φ)。
作为一种优选的方式，S02步骤包括：
S201：将测试页岩岩心样品放入样品室后，关闭其他阀门，仅打开样品室及参比室与抽真空装置、真空表连通的阀门，采用抽真空装置抽取系统内气体，读取系统中的压力(P0)；
S202：关闭其他阀门，仅打开气源与样品室连通的阀门，向样品室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)。
作为一种优选的方式，用于计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)的气体质量平衡方程式为：
作为一种优选的方式，气源压力为10MPa至100MPa。
作为一种优选的方式，页岩岩心测试样品外观体积(Vb)由游标卡尺直接量取、采用汞浸法测量或采用质量除以密度获取。
一种总孔隙度的测量方法，包括以下步骤：
S01：测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)、页岩岩心测试样品外观体积(Vb)；
S02：将测试页岩岩心样品粉碎至粉末并放入样品室内，关闭其他阀门，仅打开气源与参比室连通的阀门，向参比室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)；
S03：关闭其他阀门，仅打开样品室与参比室连通的阀门，让气体从参比室膨胀至样品室，待压力稳定后，记录压力表读数(P2)；
S04：利用气体质量平衡方程式推导计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)，利用样品外观体积(Vb)与测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)计算总孔隙度(φ)。
作为一种优选的方式，S02步骤包括：
S201：将测试页岩岩心样品粉碎至粉末并放入样品室后，关闭其他阀门，仅打开样品室及参比室与抽真空装置、真空表连通的阀门，采用抽真空装置抽取系统内气体，读取系统中的压力(P0)；
S202：关闭其他阀门，仅打开气源与样品室连通的阀门，向样品室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)。
作为一种优选的方式，粉末状岩心样品放置在样品室的样品杯内，样品杯顶部设有开口，样品杯顶部开口罩有防护帽。
作为一种优选的方式，用于计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)的气体质量平衡方程式为：
作为一种优选的方式，气源压力为10MPa至100MPa。
作为一种优选的方式，页岩岩心测试样品外观体积(Vb)由游标卡尺直接量取、采用汞浸法测量或采用质量除以密度获取。
一种连通孔隙度的测量方法，包括以下步骤：
S01：测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)、页岩岩心测试样品外观体积(Vb)；
S02：将测试页岩岩心样品放入样品室内，关闭其他阀门，仅打开气源与参比室连通的阀门，向参比室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)；
S03：关闭其他阀门，仅打开样品室与参比室连通的阀门，让气体从参比室膨胀至样品室，待压力稳定后，记录压力表读数(P2)；
S04：利用气体质量平衡方程式推导计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)，利用样品外观体积(Vb)与测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)计算总孔隙度(φ)。
作为一种优选的方式，S02步骤包括：
S201：将测试页岩岩心样品放入样品室后，关闭其他阀门，仅打开样品室及参比室与抽真空装置、真空表连通的阀门，采用抽真空装置抽取系统内气体，读取系统中的压力(P0)；
S202：关闭其他阀门，仅打开气源与样品室连通的阀门，向样品室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)。
作为一种优选的方式，用于计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)的气体质量平衡方程式为：
作为一种优选的方式，气源压力为10MPa至100MPa。
作为一种优选的方式，页岩岩心测试样品外观体积(Vb)由游标卡尺直接量取、采用汞浸法测量或采用质量除以密度获取。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型本实用新型通过抽真空位置与进气管线连接位置正对的方式，减小样品室与参比室连通的管线直径及阀门驱替体积，提高岩芯孔隙度测量装置的测量精度、抽真空稳定性及抽真空效率；
(2)采用高压气体从参比室到样品室膨胀的气体质量平衡方程式原理测量岩芯总孔隙度及效孔隙度，采用高压气体从样品室到参比室膨胀的气体质量平衡方程式原理测量岩芯“连通孔隙度”，同时提供一种测量总孔隙度、连通孔隙度、“可采孔隙度”一体化测量装置，可用于页岩储层中油气资源量、利储层开发段的选取和探明储量、非常规储层油气资源的产能和可采储量计算，具有重大的应用前景和巨大的社会经济效益；
(3)本实用新型采用气源的压力为10MPa至100MPa，高压气体充分进入测试样品的微小孔隙内，提高页岩孔隙度测试结果的精度；
(4)本实用新型采用抽真空装置对测试系统在充入气源前进行抽真空，消除大气压力使页岩岩心测试样品连通孔隙内充满自带大气气体的影响，提高了页岩孔隙度测试结果的精度；
(5)本实用新型针对粉末样品测试采用有一系列防止粉末样品吹散的措施，能够有效防止粉末样品在高压气流的作用下进入细小的管线，防止堵塞管线和损坏传感器，保证仪器测量粉末样品的安全性。
附图说明
图1为本实用新型使用装置的结构示意图。
图2为防护帽与样品杯结构示意图。
其中，1气源，2气源控制阀，3总控制阀门，4样品室进气阀门，5样品室，6样品室抽真空控制阀门，7压力表，8参比室进气阀门，9排空阀，10参比室，11参比室抽真空控制阀门，12真空传感控制阀门，13真空表，14抽真空泵，15抽真空控制阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1：
一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，包括气源1，参比室10，样品室5，压力表7，参比室 10及样品室5通过管线与气源1连接，管线上安装有用于控制参比室10及样品室5进气的阀门、用于检测参比室10及样品室5的压力表7，还包括抽真空装置及用于抽真空装置开启的阀门，抽真空装置管线连接在样品室5的侧壁面上，其连接位置与气源1与样品室5管线连接的位置正对。抽真空装置一般采用抽真空泵14。
在本实施例中，由于抽真空位置与进气管线连接位置正对，提高了抽真空效率，提高了抽真空装置直接与样品室5连接，提高了抽真空稳定性，同时减小样品室5与参比室10连通的管线直径及阀门驱替体积，提高了岩芯孔隙度测量装置的测量精度。
进一步的，为了同时与样品室5、参比室10抽真空，抽真空装置管线分别与样品室5、参比室10连接，样品室5的连接位置与气源1与样品室5管线连接的位置正对，参比室10的连接位置与气源1与参比室10管线连接的位置正对。用于抽真空状态开启的阀门能保证系统进行抽真空且能进行抽真空后气体的隔离，包括分别设在系统抽真空管线与参比室10连接处的样品室抽真空控制阀门6、设在系统抽真空管线与参比室10连接处的参比室抽真空控制阀门11、设在系统抽真空管线与抽真空泵14连接处的抽真空控制阀门15、设在系统抽真空管线与真空表13连接处的真空传感控制阀门12。
作为一种优选的方式，用于控制参比室10及样品室5进气的阀门为设在参比室10及样品室5进气管线上的样品室进气阀门4、参比室进气阀门8及控制气源1连通的总控制阀门3。
进一步的，为了避免粉末测试样品被冲散，样品室5内设有顶部开口的样品杯，样品杯顶部开口罩有防护帽，将粉末测试样品直接放置在样品杯内部，通过防护帽罩住样品杯的顶部开口，高压气流在进入样品室5内后先冲向顶部，折流减速后再从样品杯与防护帽的缝隙间进入样品杯内，最终实现有效避免粉末样品被高压气流冲散对设备造成影响的目的。
进一步的，为了提高系统压力(10～15MPa)，保证测量过程在高压条件下完成，气源 1出口的管线上安装有用于单向增压的高压控制阀。为了便于实验完成后实验气体的排空，与气源1连接的管线末端设有排空阀9。为了方便对气源1进行控制，在气源1出口设置气源控制阀2进行总气源1控制。
进一步的，为了方便对阀门及传感装置进行信息采集及控制，与阀门及传感装置连接有控制系统和计算机采集系统，由于控制系统和计算机采集系统在化工领域应用较多且为现有技术，此处不再赘述。
实施例2：
一种“可采孔隙度”的测量方法，包括以下步骤：
S01：测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)、页岩岩心测试样品外观体积(Vb)；
S02：将测试页岩岩心样品放入样品室内，关闭其他阀门，仅打开气源与样品室连通的阀门，向样品室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)；
S03：关闭其他阀门，仅打开样品室与参比室连通的阀门，让气体从样品室膨胀至参比室，待压力稳定后，记录压力表读数(P2)；
S04：利用气体质量平衡方程式推导计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)，利用样品外观体积(Vb)与测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)计算“可采孔隙度”(φ)。
在本实施例中，气源为常规气体即可，如常规的实验气体氮气、氖气，也可以采用其他非常规实验气体如空气、氧气、氢气等，为了便于实验气体的获取及成本的控制，本实施例采用的气源为氮气。为了使岩心充满饱和氦气，本实施例采用的气源压力为10MPa至100MPa。
S01步骤中测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)可以采用各种常规的体积测量方法，如规则的参比室及样品室采用几何体积计算，不规则的参比室及样品室使液体或其他充满后采用质量除以密度计算体积，由于参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)的测量属现有技术且不是本实用新型改进点，此处不再赘述；S01步骤中页岩岩心测试样品外观体积(Vb)可以采用各种常规手段进行测量，如规则的页岩岩心测试样品外观体积(Vb)由游标卡尺直接量取，不规则的页岩岩心测试样品采用汞浸法测量或采用质量除以密度获取，由于页岩岩心测试样品外观体积(Vb)的测量属现有技术且不是本实用新型改进点，此处不再赘述。
S02步骤中气源进入样品室后，气源的气体因高压冲入页岩岩心测试样品的连通孔隙中，待压力稳定后则认定气源已完全填充满页岩岩心测试样品的连通孔隙(包括连通孔隙中的较大孔隙及微小孔隙)。
S03步骤中打开样品室及参比室连通的阀门后，样品室内的气体膨胀到参比室内，由于页岩岩心测试样品的致密性，连通孔隙中微小孔隙产生毛细管吸附效应，导致连通孔隙中微小孔隙内的气体无法扩散出，而连通孔隙中的较大孔隙则顺畅的进行膨胀，据此实现排除连通孔隙中微小孔隙仅膨胀连通孔隙中的较大孔隙气体的目的，待压力稳定后，则认定页岩岩心测试样品连通孔隙中的较大孔隙内的气体完成扩散膨胀过程。
S04步骤中气体质量平衡方程式为国家标准《GB/T29172-2012岩心分析方法》常用的孔隙率计算公式，可以针对公式进行参数化简调整，由于属于现有技术且不是本实用新型的改进点，此处不再赘述。
为了消除大气压力使页岩岩心测试样品连通孔隙内充满自带大气气体的影响，在S02步骤中对样品室及参比室进行抽真空，具体S02步骤包括：
S201：将测试页岩岩心样品放入样品室后，关闭其他阀门，仅打开样品室及参比室与抽真空装置、真空表连通的阀门，采用抽真空装置抽取系统内气体，读取系统中的压力(P0)；
S202：关闭其他阀门，仅打开气源与样品室连通的阀门，向样品室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)。
由于采用抽真空抽离大体气体对测试样品的影响，进一步修正用于计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)的气体质量平衡方程式为：
式中：
P1—参比室的绝对压力；
P2—膨胀后的绝对压力；
P0—抽真空后系统的压力；
Z1—在P1和T1时的气体偏差因子；
Z2—在P2和T2时的气体偏差因子；
Z0—T1和抽真空后的气体偏差因子；
T1r—P1时参比室的绝对温度；
T1c—P1时样品室的绝对温度；
T2r—P2稳定后参比室的绝对温度；
T2c—P2稳定后样品室的绝对温度；
Vg—颗粒体积；
Vc—样品室体积；
Vr—参比室体积；
VV—阀的驱替体积(由关闭到打开位置)。
如果等温条件线(T1＝T2)成立，且假设所有的Z值都等于1.0，上式可简化为：
如果使用驱替体积为零的球形阀，且在关闭前总是通向大气，则样品室体积中包含VV，而VV＝0，上式进一步简化为：
最终，“连通孔隙度”可按以下公式获取：
实施例3：
本实施例与实施例2的区别在于：1)将测试页岩岩心样品粉碎至粉末以测得连通孔隙及不连通孔隙的总孔隙度；2)改变了样品室与参比室的进气顺序，实施例1为样品室气体膨胀至参比室，本实施例为参比室气体膨胀至样品室；3)针对高压气流对粉末样品测量的一系列措施。
一种总孔隙度的测量方法，包括以下步骤：
S01：测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)、页岩岩心测试样品外观体积(Vb)；
S02：将测试页岩岩心样品粉碎至粉末并放入样品室内，关闭其他阀门，仅打开气源与参比室连通的阀门，向参比室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)；
S03：关闭其他阀门，仅打开样品室与参比室连通的阀门，让气体从参比室膨胀至样品室，待压力稳定后，记录压力表读数(P2)；
S04：利用气体质量平衡方程式推导计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)，利用样品外观体积(Vb)与测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)计算总孔隙度(φ)。
在本实施例中，气源为常规气体即可，如常规的实验气体氮气、氖气，也可以采用其他非常规实验气体如空气、氧气、氢气等，为了便于实验气体的获取及成本的控制，本实施例采用的气源为氮气。为了使岩心充满饱和氦气，本实施例采用的气源压力为10MPa至100MPa。
S01步骤中测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)可以采用各种常规的体积测量方法，如规则的参比室及样品室采用几何体积计算，不规则的参比室及样品室使液体或其他充满后采用质量除以密度计算体积，由于参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)的测量属现有技术且不是本实用新型改进点，此处不再赘述；S01步骤中页岩岩心测试样品外观体积(Vb)可以采用各种常规手段进行测量，如规则的页岩岩心测试样品外观体积(Vb)由游标卡尺直接量取，不规则的页岩岩心测试样品采用汞浸法测量或采用质量除以密度获取，由于页岩岩心测试样品外观体积(Vb)的测量属现有技术且不是本实用新型改进点，此处不再赘述。
S02步骤中将测试页岩岩心样品粉碎至粉末，这样才能完全释放岩芯内的不连通孔隙，以测量测试样品连通孔隙及不连通孔隙的总孔隙度。
S03步骤中打开样品室及参比室连通的阀门后，参比室内的气体膨胀到样品室内，由于样品室内的样品已被粉碎，连通孔隙及不连通孔隙完全被释放出，气体直接挤压样品室内的粉末状测试页岩岩心样品，测得实际样品排除连通孔隙及不连通孔隙的体积。
S04步骤中气体质量平衡方程式为国家标准《GB/T29172-2012岩心分析方法》常用的孔隙率计算公式，可以针对公式进行参数化简调整，由于属于现有技术且不是本实用新型的改进点，此处不再赘述。
为了消除大气压力的影响，在S02步骤中对样品室及参比室进行抽真空，具体S02步骤包括：
S201：将测试页岩岩心样品粉碎至粉末并放入样品室后，关闭其他阀门，仅打开样品室及参比室与抽真空装置、真空表连通的阀门，采用抽真空装置抽取系统内气体，读取系统中的压力(P0)；
S202：关闭其他阀门，仅打开气源与样品室连通的阀门，向样品室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)。
为了防止粉末样品在高压气流的作用下进入细小的管线，防止堵塞管线和损坏传感器，保证仪器测量粉末样品的安全性，粉末状岩心样品放置在样品室的样品杯内，样品杯顶部设有开口，样品杯顶部开口罩有防护帽，高压气流从样品室底部进入，扩散至顶部后再从样品杯与防护帽的缝隙间进入样品杯内，最终实现有效避免粉末样品被高压气流冲散的目的。
由于采用抽真空抽离大体气体对测试样品的影响，进一步修正用于计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)的气体质量平衡方程式为：
式中：
P1—参比室的绝对压力；
P2—膨胀后的绝对压力；
P0—抽真空后系统的压力；
Z1—在P1和T1时的气体偏差因子；
Z2—在P2和T2时的气体偏差因子；
Z0—T1和抽真空后的气体偏差因子；
T1r—P1时参比室的绝对温度；
T1c—P1时样品室的绝对温度；
T2r—P2稳定后参比室的绝对温度；
T2c—P2稳定后样品室的绝对温度；
Vg—颗粒体积；
Vc—样品室体积；
Vr—参比室体积；
VV—阀的驱替体积(由关闭到打开位置)。
如果等温条件线(T1＝T2)成立，且假设所有的Z值都等于1.0，上式可简化为：
如果使用驱替体积为零的球形阀，且在关闭前总是通向大气，则样品室体积中包含VV，而VV＝0，上式进一步简化为：
最终，总孔隙度
可按以下公式获取：
实施例4：
本实施例与实施例2的区别在于：1)改变了样品室与参比室的进气顺序，实施例1为样品室气体膨胀至参比室，本实施例为参比室气体膨胀至样品室。
一种连通孔隙度的测量方法，包括以下步骤：
S01：测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)、页岩岩心测试样品外观体积(Vb)；
S02：将测试页岩岩心样品放入样品室内，关闭其他阀门，仅打开气源与参比室连通的阀门，向参比室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)；
S03：关闭其他阀门，仅打开样品室与参比室连通的阀门，让气体从参比室膨胀至样品室，待压力稳定后，记录压力表读数(P2)；
S04：利用气体质量平衡方程式推导计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)，利用样品外观体积(Vb)与测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)计算总孔隙度(φ)。
在本实施例中，气源为常规气体即可，如常规的实验气体氮气、氖气，也可以采用其他非常规实验气体如空气、氧气、氢气等，为了便于实验气体的获取及成本的控制，本实施例采用的气源为氮气。为了使岩心充满饱和氦气，本实施例采用的气源压力为10MPa至100MPa。
S01步骤中测量参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)可以采用各种常规的体积测量方法，如规则的参比室及样品室采用几何体积计算，不规则的参比室及样品室使液体或其他充满后采用质量除以密度计算体积，由于参比室体积(Vr)、样品室体积(Vc)的测量属现有技术且不是本实用新型改进点，此处不再赘述；S01步骤中页岩岩心测试样品外观体积(Vb)可以采用各种常规手段进行测量，如规则的页岩岩心测试样品外观体积(Vb)由游标卡尺直接量取，不规则的页岩岩心测试样品采用汞浸法测量或采用质量除以密度获取，由于页岩岩心测试样品外观体积(Vb)的测量属现有技术且不是本实用新型改进点，此处不再赘述。
S02步骤中将未被粉碎的测试页岩岩心样品放入样品室内，测试时仅能测试样品的连通孔隙，而不能测量测试样品的不连通孔隙，因此实现连通孔隙度的测量。
S03步骤中打开样品室及参比室连通的阀门后，参比室的气体膨胀至样品室内，高压气体充入测试样品的连通孔隙中，压力稳定即认定高压气体已完全充满测试样品的连通孔隙。
S04步骤中气体质量平衡方程式为国家标准《GB/T29172-2012岩心分析方法》常用的孔隙率计算公式，可以针对公式进行参数化简调整，由于属于现有技术且不是本实用新型的改进点，此处不再赘述。
为了消除大气压力使页岩岩心测试样品连通孔隙内充满自带大气气体的影响，在S02步骤中对样品室及参比室进行抽真空，具体S02步骤包括：
S201：将测试页岩岩心样品放入样品室后，关闭其他阀门，仅打开样品室及参比室与抽真空装置、真空表连通的阀门，采用抽真空装置抽取系统内气体，读取系统中的压力(P0)；
S202：关闭其他阀门，仅打开气源与参比室连通的阀门，向参比室充入气源，待压力稳定后，记录压力表读数(P1)。
由于采用抽真空抽离大体气体对测试样品的影响，进一步修正用于计算测试页岩岩心样品颗粒体积(Vg)的气体质量平衡方程式为：
式中：
P1—参比室的绝对压力；
P2—膨胀后的绝对压力；
P0—抽真空后系统的压力；
Z1—在P1和T1时的气体偏差因子；
Z2—在P2和T2时的气体偏差因子；
Z0—T1和抽真空后的气体偏差因子；
T1r—P1时参比室的绝对温度；
T1c—P1时样品室的绝对温度；
T2r—P2稳定后参比室的绝对温度；
T2c—P2稳定后样品室的绝对温度；
Vg—颗粒体积；
Vc—样品室体积；
Vr—参比室体积；
VV—阀的驱替体积(由关闭到打开位置)。
如果等温条件线(T1＝T2)成立，且假设所有的Z值都等于1.0，上式可简化为：
如果使用驱替体积为零的球形阀，且在关闭前总是通向大气，则样品室体积中包含VV，而VV＝0，上式进一步简化为：
最终，连通孔隙度
可按以下公式获取：
对比例1：
采用实施例2及实施例3的方式测量6组总孔隙度及连通孔隙度，实验结果如下：
| 柱塞样(连通)孔隙度(％) | 碎样(总)孔隙度(％) | |
| 实验组1 | 4.87 | 6.48 |
| 实验组2 | 4.56 | 6.85 |
| 实验组3 | 3.56 | 5.52 |
| 实验组4 | 3.52 | 5.18 |
| 实验组5 | 4.07 | 5.98 |
| 实验组6 | 3.34 | 4.051 |
结合图2可以看出将样品粉碎后，总孔隙度测量结果大于连通孔隙度，提高了测量总孔隙度的测量结果精度。
对比例2：
采用实施例2的方式改变粉碎细度测量6组总孔隙度，实验结果如下：
| 实验组1 | 实验组2 | 实验组3 | 实验组4 | 实验组5 | 实验组6 | |
| 未粉碎 | 4.36 | 3.18 | 3.57 | 4.23 | 3.69 | 4.02 |
| 20～10mm | 5.84 | 4.01 | 4.89 | 5.79 | 4.83 | 4.57 |
| 10～5mm | 6.8 | 4.59 | 5.95 | 6.7 | 5.41 | 5.16 |
| 5～2mm | 6.79 | 4.63 | 5.96 | 6.69 | 5.54 | 5.18 |
| 2～0.25mm | 6.88 | 4.65 | 5.93 | 6.7 | 5.5 | 5.29 |
| 0.25～0.15mm | 6.85 | 4.64 | 5.98 | 6.74 | 5.52 | 5.18 |
从上述实验结果可以看出样品粉碎细度改变后总孔隙度测量结果增大提高了总孔隙度测量结果的精度。
本实用新型采用高压气体从参比室到样品室膨胀的气体质量平衡方程式原理测量岩芯总孔隙度及效孔隙度，采用高压气体从样品室到参比室膨胀的气体质量平衡方程式原理测量岩芯“连通孔隙度”，同时提供一种测量总孔隙度、连通孔隙度、“可采孔隙度”一体化测量装置，可用于页岩储层中油气资源量、利储层开发段的选取和探明储量、非常规储层油气资源的产能和可采储量计算，具有重大的应用前景和巨大的社会经济效益。
如上即为本实用新型的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型人的实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，包括气源(1)，参比室(10)，样品室(5)，压力表(7)，所述参比室(10)及样品室(5)通过管线与气源(1)连接，所述管线上安装有用于控制参比室(10)及样品室(5)进气的阀门、用于检测参比室(10)及样品室(5)的压力表(7)，其特征在于：还包括抽真空装置及用于抽真空装置开启的阀门，所述抽真空装置管线连接在样品室(5)的侧壁面上，其连接位置与气源(1)与样品室(5)管线连接的位置正对。
2.根据权利要求1所述的一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，其特征在于：所述抽真空装置管线分别与样品室(5)、参比室(10)连接，样品室(5)的连接位置与气源(1)与样品室(5)管线连接的位置正对，参比室(10)的连接位置与气源(1)与参比室(10)管线连接的位置正对，用于抽真空状态开启的所述阀门包括分别设在系统抽真空管线与参比室(10)连接处的样品室抽真空控制阀门(6)、设在系统抽真空管线与参比室(10)连接处的参比室抽真空控制阀门(11)、设在系统抽真空管线与抽真空装置连接处的抽真空控制阀门(15)、设在系统抽真空管线与真空表(13)连接处的真空传感控制阀门(12)。
3.根据权利要求1所述的一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，其特征在于：用于控制参比室(10)及样品室(5)进气的所述阀门为设在参比室(10)及样品室(5)进气管线上的样品室进气阀门(4)、参比室进气阀门(8)及控制气源(1)连通的总控制阀门(3)。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，其特征在于：所述样品室(5)内设有顶部开口的样品杯，所述样品杯顶部开口罩有防护帽。
5.根据权利要求1～3任一项所述的一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，其特征在于：所述气源(1)出口的管线上安装有用于单向增压的高压控制阀。
6.根据权利要求1～3任一项所述的一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，其特征在于：与气源(1)连接的所述管线末端设有排空阀(9)。
7.根据权利要求1～3任一项所述的一种岩芯孔隙度抽真空测量装置，其特征在于：还包括与阀门及传感装置连接控制系统和计算机采集系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920591777.8U CN210005399U (zh) | 2019-04-26 | 2019-04-26 | 一种岩芯孔隙度抽真空测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114047105A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-15 | 东北石油大学 | 一种高压氦气页岩孔隙度测试装置及方法 |
| CN114199719A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-03-18 | 仪晟科学仪器(嘉兴)有限公司 | 一种比表面积测试装置及测试方法 |
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2019
- 2019-04-26 CN CN201920591777.8U patent/CN210005399U/zh active Active
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