巖石全自動氣體滲透率測試系統(tǒng)及測算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明有涉及一種巖石氣體滲透率測試系統(tǒng)及方法，特別是一種巖石全自動氣體 滲透率測試系統(tǒng)及測算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 滲透率表征了巖石空隙內(nèi)流體的流動能力，是儲層巖石的一個重要物性參數(shù)。
[0003] 目前常規(guī)的巖石滲透率測試方法有液體測量法和氣體測量法，兩種方法都是基于 Darcy定律。但氣體測量法與液體測量法相比，動力粘度系數(shù)更小，相同條件下氣體滲透率 測試時間更短，因此多采用惰性氣體作為巖石滲透率測試介質(zhì)。
[0004] 常用的滲透率測試方法主要為穩(wěn)態(tài)法和壓力脈沖法。壓力脈沖法對壓力表精度要 求較高，測試時間長，而對于中高滲巖樣來說，采用穩(wěn)態(tài)法測試巖石滲透率時間較短，因此 穩(wěn)態(tài)法廣泛用于石油工業(yè)滲透率測試。
[0005] 致密巖石由于其結(jié)構(gòu)致密，較低滲透壓力作用下導(dǎo)致流體流動速率小，使得通過 巖樣的流量過小，普通巖石氣體滲透率測試系統(tǒng)無法準(zhǔn)確計量和測定氣體流量，進而難以 準(zhǔn)確測得滲透率。另一方面，已有的巖石氣體滲透率測試裝置自動化程度較低，多靠人為讀 取壓力表及流量計數(shù)據(jù)進而計算得到巖石滲透率，在耗費大量人力物力的同時，也影響了 試驗結(jié)果的客觀性。此外，現(xiàn)有巖石氣體滲透率測試裝置不能提供三軸壓縮應(yīng)力，無法全面 探究軸壓、圍壓、靜水壓力及滲透壓力對巖石滲透率的影響規(guī)律，這些都大大制約了穩(wěn)態(tài)法 在致密巖石介質(zhì)滲流規(guī)律研究中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的，本發(fā)明的目的是要提供一種巖石全自動氣體滲透率測試系統(tǒng)及測算方 法，解決現(xiàn)有技術(shù)的測量壓力范圍小，試驗周期長，測試精度差，測量結(jié)果客觀性較低的問 題。
[0007] 技術(shù)方案，本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，巖石全自動氣體滲透率測試系統(tǒng)包括:滲 流氣體增壓系統(tǒng)、三軸巖心夾持裝置、恒速恒壓栗加壓裝置、高/中/低出口氣體流量計及數(shù) 據(jù)采集處理系統(tǒng)；
[0008] 空壓機與滲流氣體增壓系統(tǒng)連接，氮氣瓶通過控制閥與滲流氣體增壓系統(tǒng)連接， 滲流氣體增壓系統(tǒng)的輸出通過緩沖容器同時與低壓減壓閥或高壓減壓閥連接，滲流氣體增 壓系統(tǒng)、空壓機，氮氣瓶通過控制閥輸出氮氣，加壓后的氮氣穩(wěn)壓存入緩沖容器中，通過低 壓減壓閥或高壓減壓閥調(diào)整至設(shè)定值；
[0009] 低壓減壓閥和高壓減壓閥分別與第一連通閥和第二連通閥連接，在低壓減壓閥、 高壓減壓閥和第一連通閥、第二連通閥之間連接有第一氣體壓力表與第二氣體壓力表，第 一連通閥、第二連通閥輸出端與三軸巖心夾持裝置連接，在第一連通閥、第二連通閥和三軸 巖心夾持裝置之間連接有第一壓力傳感器，第一氣體壓力表與第二氣體壓力表實時顯示壓 力值，通過開關(guān)或閉合連通閥與將氣體壓力輸送至三軸巖心夾持裝置內(nèi)，輸入的滲透氣體 壓力由第一壓力傳感器實時傳入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；
[0010] 三軸巖心夾持裝置內(nèi)放置有待測巖心；
[0011] 恒速恒壓栗能提供穩(wěn)定的流體壓力，恒速恒壓栗通過圍壓閥與三軸巖心夾持裝置 相連通，在圍壓閥與三軸巖心夾持裝置之間連接有第二壓力傳感器，恒速恒壓栗為待測巖 心施加圍壓，圍壓由第二壓力傳感器實時傳入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；
[0012] 恒速恒壓栗通過軸壓閥與三軸巖心夾持裝置相連通，在軸壓閥與三軸巖心夾持裝 置之間連接有第三壓力傳感器;恒速恒壓栗為待測巖心施加軸壓，軸壓由第三壓力傳感器 實時傳入數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；
[0013] 三軸巖心夾持裝置出口端通過第一氣體流量計、第二氣體流量計和第三氣體流量 計與大氣相連通，三個氣體流量計的量程不同，同時，三個氣體流量計與數(shù)據(jù)采集、處理系 統(tǒng)相連通;數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)綜合處理并儲存巖心氣體滲透壓力、圍壓、軸壓及出口氣體流 量。
[0014] 所述的三軸巖心夾持裝置內(nèi)放置有待測巖心，待測巖心的環(huán)向通過圍壓加載系統(tǒng) 加載有圍壓，待測巖心的軸向通過圍壓加載系統(tǒng)加載有軸壓，待測巖心的左端通過滲流氣 體增壓系統(tǒng)加載有氣體滲流壓，待測巖心的右端通過高/中/低出口氣體流量計與大氣連 通，待測巖心滲透率通過數(shù)據(jù)采集、處理軟件自動計算得出。
[0015] 進一步完善上述技術(shù)方案，所述滲流氣體增壓系統(tǒng)包括:空壓機、氣源瓶、緩沖容 器及氣壓調(diào)節(jié)裝置，所述氣源瓶提供惰性滲透氣體，滲透氣體通過所述空壓機增壓，巖心氣 體滲透壓通過所述氣壓調(diào)節(jié)裝置調(diào)整至設(shè)定值，氣體增壓系統(tǒng)通過氣壓調(diào)節(jié)裝置與三軸巖 心夾持裝置的入口端相連，氣體增壓系統(tǒng)為三軸巖心夾持裝置提供穩(wěn)定滲透氣壓，氣體增 壓系統(tǒng)最大氣體輸出壓力為48MPa。
[0016] 進一步完善上述技術(shù)方案，所述三軸巖心夾持裝置內(nèi)放有待測巖心，所述待測巖 心大小滿足國際巖石力學(xué)試驗標(biāo)準(zhǔn)，三軸巖心夾持裝置通過氣體增壓系統(tǒng)為待測巖心施加 滲透氣壓，三軸巖心夾持裝置通過恒速恒壓栗加壓系統(tǒng)為待測巖心施加恒定圍壓及軸壓。
[0017] 進一步完善上述技術(shù)方案，所述的恒速恒壓栗通過圍壓閥為三軸巖心夾持裝置提 供穩(wěn)定圍壓，進而為待測巖心施加恒定圍壓，恒速恒壓栗通過軸壓閥為三軸巖心夾持裝置 提供穩(wěn)定軸壓，進而為待測巖心施加恒定軸壓;的恒速恒壓栗加壓系統(tǒng)壓力輸出范圍為〇~ 60MPa，亦即待測巖心所受軸壓及圍壓范圍為0~60MPa。
[0018] 進一步完善上述技術(shù)方案，所述高/中/低出口氣體流量計及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)， 包括5SCCm、10〇 SCCm和3000SCCm三個不同測量精度氣體流量計，能夠同時滿足低滲及高滲 透率巖心滲透率測試要求;所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，采用window下VB自主編程開發(fā)，可實時 采集測試并存儲圍壓、軸壓、測試氣體滲流壓力、氣體流量值，并采用內(nèi)置算法自動識別氣 體滲流穩(wěn)定狀態(tài)并計算所述測試巖心氣體滲透率，同時可以和壓力/體積控制器進行數(shù)據(jù) 通信，集中控制圍壓及軸壓。
[0019] 巖石全自動氣體滲透率測算方法，包括如下步驟：
[0020] (1)選取天然巖石，將巖心加工為符合國際巖石力學(xué)學(xué)會試驗規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)尺寸的待 測巖心，測量并記錄試樣的直徑和高度；
[0021] (2)將巖心用專用橡膠套裝好后放入三軸巖心夾持裝置內(nèi)，旋緊三軸巖心夾持裝 置的氣體進出口接觸端，裝好巖心的三軸巖心夾持裝置密封性較好，氣體進出口接觸端與 巖心接觸緊密；
[0022] (3)打開巖石全自動氣體滲透率測試系統(tǒng)，錄入巖心尺寸及試驗溫度、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 參數(shù)，開始巖心氣體滲透測試；
[0023] (4)打開圍壓閥，按照試驗方案，通過恒速恒壓栗對巖心施加圍壓至設(shè)定值〇3，隨 后關(guān)閉圍壓閥，打開軸壓閥，通過恒速恒壓栗對巖心施加軸壓至設(shè)定值〇:，此后，巖心所受 軸壓及圍壓均穩(wěn)定保持在試驗設(shè)定值；
[0024] (5)在滲透氣體無泄漏的條件下，通過氣體增壓系統(tǒng)將氣體壓力增大，略超過試驗 設(shè)定最大值，并存儲于緩沖容器中；
[0025] (6)根據(jù)試驗氣壓范圍，選擇高壓或低壓減壓閥調(diào)節(jié)氮氣滲透壓力；
[0026] (7)點擊數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中操作界面上的"開始"按鈕，系統(tǒng)自動監(jiān)測氣體出口 端氣體流量，自動識別巖石滲流穩(wěn)定狀態(tài)，并計算得到穩(wěn)定后巖心氣體滲透率后，系統(tǒng)自動 保存滲透率測算結(jié)果并暫停；
[0027] (8)重復(fù)步驟(3)~(7)，分別進行不同應(yīng)力條件下巖心滲透率測試試驗，記錄試驗 結(jié)果；
[0028] (9)完成試驗后，點擊數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中操作界面上的"結(jié)束"按鈕，并導(dǎo)出試驗 結(jié)果。
[0029] 有益效果，由于采用了上述方案，該巖石全自動氣體滲透率測試系統(tǒng)包括氣體增 壓系統(tǒng)，極大增大了氣體滲透壓力測試范圍，為低滲巖心石滲透率穩(wěn)態(tài)法測試提供了基礎(chǔ)， 結(jié)合三個不同測量精度氣體流量計，能夠同時滿足高滲透率巖石、低滲透率巖石及極低滲 透率巖石的滲透率測試要求。系統(tǒng)內(nèi)三軸巖心夾持裝置，能同時為待測巖心施加穩(wěn)定軸壓 及圍壓，可以滿足巖石在三軸壓力條件下滲透率特性研究及測試要求。系統(tǒng)由自主開發(fā)數(shù)