氣體氦孔隙度測(cè)定儀 巖心氣體氦孔隙度測(cè)定儀 巖心氣體孔隙度測(cè)定儀 巖心孔滲聯(lián)測(cè)儀 氣測(cè)巖心孔隙度測(cè)定裝置

QKY-1型氣體氦孔隙度儀說(shuō)明書(shū)

一、概    述

孔隙度是巖石的重要性質(zhì)之一，它定義為孔隙體積與巖石幾何體積的比值，通常用百分?jǐn)?shù)表示。這種油田水烴類(lèi)物質(zhì)占據(jù)的孔隙空間的大小，無(wú)論對(duì)合理評(píng)價(jià)油藏，還是對(duì)油藏進(jìn)行工程施工都是必不可少的參數(shù)，

我們根據(jù)美國(guó)巖心公司的孔隙度儀并參考了大量的資料設(shè)計(jì)的氣體孔隙度儀，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)定速度快、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，是巖心分析實(shí)驗(yàn)室必不可少的裝置。

二、工作原理

氣體孔隙度儀是測(cè)量體積的一種儀器，用它可以測(cè)定巖樣的骨架體積和孔隙度體積，利用氣體膨脹原理，即玻義爾（BoyLE）定律，已知體積的氣體在確定的壓力下向未知體積等溫膨脹，膨脹后可測(cè)定最終的平衡壓力。平衡壓力的大小取決于未知體積的大小，而未知體積的大小由玻義爾定律求得。

該儀器可用兩種氣體作為驅(qū)替介質(zhì)，氮?dú)夂秃狻?duì)于一般的砂巖可用氮?dú)?，?duì)于較為致密的灰?guī)r和孔隙較小的巖樣可用氦氣測(cè)定。用氦氣的理由是：①．微小的氦氣（分子分子半徑r=0.9A）作為介質(zhì)能夠進(jìn)入與油藏巖石伴生的毛細(xì)管；②．分子量低的氦氣（M=4）對(duì)巖石具有較高的滲透能力；③．巖石表面對(duì)氦氣吸咐性較差。

根據(jù)玻義爾定律如圖所示：氣體的已知體積V_k與所測(cè)壓力P_k下等溫膨脹到未知室體積V中，膨脹后測(cè)量最終平衡壓力P這個(gè)平衡壓力取決于未知體積量，未知體積可以用玻義爾定律求得：

圖1：BoyLE原理圖

V_KP_K=V·P+V_KP…………………………………………  ⑴

V=V_K（P_K－P）／P ……………………………………… ⑵

對(duì)于低壓真實(shí)氣體，在彈性體積中作等溫膨脹，考慮到器壁的壓變性，忽略一些次要因素，計(jì)算由下式表示：

式中：V 未知室空間體積，cm³；

V_K 已知室空間體積，cm³；

P_K 已知室的（原始）壓力，MPa；

P 平衡壓力，MPa；

Po 當(dāng)天大氣壓力，MPa；

G 體積的壓力系數(shù)。

㈠．巖樣顆粒體積的測(cè)定

由上述所知，只要用同樣的方法進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)就可以確定出巖樣的顆粒體積，即未知室不裝巖樣時(shí)得到的平衡壓力為P₁，未知室空間體積為V₁

未知室里裝上巖樣時(shí)得到的平衡壓力P，未知室的空間（包括巖心當(dāng)中的孔隙體積）體積V₂

④式－⑤式為巖樣的顆粒體積Vg

Vg＝V₁－V₂

這里應(yīng)該指出的是：由于我們所用的氣體孔隙度儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮了精度和已知室的校正問(wèn)題，所以在巖樣杯（未知室）中裝滿(mǎn)了不同體積的鋼盤(pán)，在測(cè)定P1時(shí)，應(yīng)在巖樣杯中裝滿(mǎn)鋼園盤(pán)，測(cè)定P時(shí)應(yīng)從杯中取出與巖樣體積相當(dāng)?shù)匿摫P(pán)體積，記錄取出鋼園盤(pán)體積V_鋼，所以顆粒體積為：

Vg=V₁+V_鋼－V₂ ……………………………………⑹

㈡．用TY－B巖心夾持器測(cè)定巖樣的孔隙體積：

用氣體孔隙度儀與TY－B巖心夾持器連接，就可以測(cè)定巖樣的孔隙體積，TY－B巖心夾持器如圖所示：（見(jiàn)圖2）

首先在夾持器中裝一不滲透的鋼（或有機(jī)玻璃）柱塞，用高壓氣體向巖心夾持器的環(huán)形空間加壓，使膠皮筒緊貼柱塞使之密封。然后打開(kāi)閥門(mén)使已知室的氣體膨脹到夾持器中，獲得平衡壓力P₁即得到一個(gè)空間（包括通往加壓柱塞管線(xiàn)的空間）體積為V₁。

然后，用標(biāo)準(zhǔn)園形巖心替換夾持器中的鋼柱塞，用同樣的方法獲得平衡壓力，即又得到一個(gè)空間體積V（包括巖樣內(nèi)孔隙體積+V₁）。巖樣的孔隙體積V_P為：

V_P＝V－V₁

㈢、巖樣外表體積與孔隙度的確定

1．外表體積的求法：

V_f＝π／4·D²·H ……………………………………⑺

式中：V_f巖樣外表體積，cm³；

      D巖樣直徑，cm；

      H巖樣高度，cm

2．孔隙度的求法：

根據(jù)下式就可求出巖樣的孔隙度Ф：

Ф=1－Vg／V_f 或 Ф=V_P／V_f………………………⑻

㈣．公式③中V_K、G確定

其方法是在同一原始?jí)毫_K下測(cè)定：

⑴．巖樣杯中裝滿(mǎn)鋼園盤(pán)時(shí)的平衡壓力P₁；

⑵．從杯中取出號(hào)鋼園盤(pán)后的平衡壓力P₂；

⑶．從杯中取出第三號(hào)鋼園盤(pán)（同時(shí)裝進(jìn)號(hào)鋼園盤(pán)）的平衡壓力P₃；

根據(jù)公式③就可以知道下面三個(gè)描述性方程：

由⑾－⑼式得：

由⑽－⑼式得：

令：

所以：V₃－V₁＝A·V_K＋B·G

      V₂－V₁＝C·V_K＋D·G

經(jīng)整理得：

式中：

（V₂－V₁）次取出的號(hào)鋼園盤(pán)體積；

（V₃－V₁）第二次取出的第三號(hào)鋼園盤(pán)體積；

Po大氣壓力；

其余符號(hào)同前

三、儀器結(jié)構(gòu)及各部件說(shuō)明

本儀器是根據(jù)玻義爾定律設(shè)計(jì)的，所以等溫很重要，故要求安裝在非通氣區(qū)，沒(méi)有空氣直接流通的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，只要溫度穩(wěn)定在2%范圍內(nèi)，即可測(cè)得穩(wěn)定的結(jié)果。流程圖，見(jiàn)下圖：

氣體孔隙度儀流程圖

儀器有下列部件：

1．帶有調(diào)節(jié)器的高壓鋼瓶一個(gè)，瓶?jī)?nèi)壓力約15MPa，用它來(lái)作儀器的氣源。

2．氣源閥：供給孔隙計(jì)調(diào)節(jié)器低于1MPa氦（氮）氣，當(dāng)供氣閥關(guān)閉時(shí)，調(diào)節(jié)器通過(guò)常泄，使壓力保持恒定。

3．調(diào)節(jié)器：將1MPa的壓力準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)到0.6MPa以下。

4．供氣閥：連接0.6MPa以下壓力的氣體到標(biāo)準(zhǔn)室和壓力計(jì)，它是標(biāo)準(zhǔn)室體積的上游極限。

5．標(biāo)準(zhǔn)室：已知體積室。

6．樣品閥：能使標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)0.6MPa壓力的氣體連接到未知室體積上去，它是標(biāo)準(zhǔn)室體積的下游極限。

7．放空閥：使末知體積中的初始?jí)毫?MPa，同時(shí)又可以使平衡后的氣體放入大氣。

8．壓力計(jì)：測(cè)量體系中氣體壓力，用來(lái)指示標(biāo)準(zhǔn)室的壓力準(zhǔn)確達(dá)到0.6MPa以下，并指示體系平衡的壓力。

四、測(cè)試準(zhǔn)備

㈠．樣品準(zhǔn)備

1．樣品加工：將待測(cè)樣品用鉆床成直徑為50mm，長(zhǎng)度為100mm，如果不能加工成規(guī)則形狀的樣品，可用其它方法制成能放入巖心室的形狀也可以。

2．樣品處理：含油樣品先洗油（含鹽量大的要除鹽），在105℃的烘箱中烘干（時(shí)間長(zhǎng)知可視具體情況而定），然后放入干燥器中冷至室溫，等測(cè)。

㈡．儀器準(zhǔn)備

1．連接好巖心室或夾持器；

2．接通氣源；

3．關(guān)閉放空閥和樣品閥，打開(kāi)氣源閥和供氣閥，用調(diào)節(jié)器使標(biāo)準(zhǔn)室的壓力達(dá)到0.6MPa以下。

4．關(guān)閉供氣閥，穩(wěn)定一段時(shí)間后，加壓力不下降，說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)不漏氣，否則就需要檢漏。

5．打開(kāi)樣品閥，穩(wěn)定一段時(shí)間后，如壓力不下降，說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)不漏氣，否則就應(yīng)檢漏（可用肥皂液檢漏）。

6．如果停用時(shí)間較長(zhǎng)，正式測(cè)量之前應(yīng)對(duì)壓力計(jì)進(jìn)行校正。

五．測(cè)試步驟

㈠．顆粒體積測(cè)定：

1．測(cè)量各個(gè)鋼園盤(pán)和巖樣的幾何體積，用游標(biāo)卡尺量其直徑與長(zhǎng)度。為了便于區(qū)分，將鋼園盤(pán)從小到大編號(hào)為1、2、3、4。

2．將測(cè)量后的鋼園盤(pán)全部裝入樣品杯中，并把該杯密封于夾持器中。

3．開(kāi)氣源閥、供氣閥，用壓力調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)至原始?jí)毫_k，待壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉供氣閥，并記下P_k然后關(guān)閉放空閥。開(kāi)樣品閥，氣體膨脹到樣品杯（末知室），壓力計(jì)讀數(shù)從P_k下降，待壓力穩(wěn)定后，記下此平衡壓力P₁。

4．關(guān)樣品閥，開(kāi)放空閥，取出1號(hào)鋼園盤(pán)，然后將樣品杯在夾持器中密封，關(guān)放空閥重復(fù)步驟（3），記下平衡壓力P₂及取出的1號(hào)鋼園盤(pán)體積V₁，隨后關(guān)掉樣品閥，開(kāi)放空閥，取出3號(hào)鋼園盤(pán)（同時(shí)裝入1號(hào)鋼園盤(pán)），將樣品杯裝入夾持器中密封，關(guān)放空閥，重復(fù)步驟（3），記下平衡壓力P₃及鋼園盤(pán)V₂。

5．隨后關(guān)掉樣品閥，開(kāi)放空閥，從樣品杯中取出全部鋼園盤(pán)，裝入巖樣，如巖樣未裝滿(mǎn)巖樣標(biāo)，用鋼園盤(pán)充填。盡量將樣品杯填滿(mǎn)（原則是使其空間體積縮?。?。然后將樣品杯裝入夾持器中密封，重復(fù)步驟3記錄下平衡壓力P及取出的鋼園盤(pán)體積V_鋼。

一塊樣品測(cè)定完畢后，如要連續(xù)測(cè)多塊樣品，隨后的巖樣重復(fù)步驟5就可以了。

6．注意事項(xiàng)

A．系統(tǒng)壓力全穩(wěn)定后，才能讀數(shù)，一般樣品到一分鐘就可穩(wěn)定，致密樣品，含泥質(zhì)多的樣品需二、三十分鐘。一塊樣品重復(fù)測(cè)定時(shí)，中間要間隔1～2分鐘后再測(cè)這定。

B．孔隙計(jì)停用時(shí)，關(guān)氣瓶總閥，氣源閥和樣品閥，使系統(tǒng)保持一定壓力，如果壓力有損失，說(shuō)明漏失。

C．孔隙計(jì)停用一段時(shí)間后，再啟用時(shí)要試漏，壓力計(jì)調(diào)零。

㈡．孔隙體積的測(cè)定

1．用管線(xiàn)將孔隙計(jì)出口與滲透率儀的TY－B巖心夾持器連接，按氣體滲透率儀的操作規(guī)程將一實(shí)心鋼園柱密封于夾持器中。

2．測(cè)孔隙計(jì)出口到實(shí)心園柱體端面段管線(xiàn)的空體積V₁（其方法見(jiàn)顆粒體積測(cè)定的有關(guān)步驟）。

3．按氣體滲透率儀操作規(guī)程從夾持器中取出實(shí)心鋼園柱體，換上待測(cè)樣品，重復(fù)步驟2，測(cè)出樣品加管線(xiàn)的空隙體積V₂。

4．按公式（3）計(jì)算出V₁和V₂，然后按下式計(jì)算孔隙體積：

V_P＝V₂－V₁ ……………………………………⒃

5．將上述數(shù)據(jù)填入原始記錄表格；

6．注意事項(xiàng)（參見(jiàn)滲透率說(shuō)明書(shū)）

六、數(shù)據(jù)處理

1．據(jù)附表中的參數(shù)按（9）～（15）式計(jì)算出V_K與G；

2．按（4）～（6）式計(jì)算巖樣的顆粒體積Vg；

  按（4）、（5）、（16）式計(jì)算巖樣的孔隙體積V_P；

3．按公式：

   Vf＝π／4·D²·H計(jì)算巖樣外表面體積；

4．根據(jù)（8）式計(jì)算巖樣的孔隙度Ф；

儀器主要技術(shù)參數(shù)

1．測(cè)試巖心直徑：Ф50㎜

2．測(cè)試巖心長(zhǎng)度：100㎜

3．工作介質(zhì)：氦氣和氮?dú)?

4．儀器配套：高壓鋼瓶1個(gè)、氣壓計(jì)1只、游標(biāo)卡尺1把、干燥器1個(gè)（存放巖心用）（用戶(hù)自備）

5．測(cè)量誤差：0.5%～1.0%

附表：

孔隙度測(cè)定原始記錄表格