氣體滲透率測(cè)定儀 返回列表頁(yè)

這臺(tái)儀器是基于達(dá)西定律設(shè)計(jì)的。

設(shè)有一橫截面積為A，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的巖石，將其夾持于巖心夾持器中，如圖⑴所示，使粘度為µ的流體在壓差△P下通過(guò)巖心，測(cè)得流量Q。實(shí)驗(yàn)證明單位時(shí)間通過(guò)巖心的體積流量Q與壓差△P巖心橫截面積A成正比，與巖心的長(zhǎng)度L和流體的粘度成反比：

這就是所謂的“達(dá)西方程"，從式中看出A、L是巖石的幾何尺寸，△P是外部條件，當(dāng)外部條件、幾何尺寸、流體性質(zhì)都一定時(shí)，流體通過(guò)量Q的大小就取決于反映巖石可滲性的比例常數(shù)K的大小，我們把K稱(chēng)為巖石的滲透率；式⑴可改寫(xiě)成為：

此式便可計(jì)算巖石的滲透率。

前面討論的都是以下不可壓縮流體（液體）為基礎(chǔ)的，我們?cè)O(shè)計(jì)的氣體滲透率是以氣體作為介質(zhì)，因?yàn)闅怏w是壓縮流體，所以達(dá)西方程式需要修正才能應(yīng)用。

可壓縮的氣體最大特點(diǎn)是當(dāng)壓力增加流體能被壓縮；當(dāng)壓力降低時(shí)，流體就發(fā)生膨脹；當(dāng)溫度一定時(shí)，流體的膨脹服從玻義爾定律。如果以的平面線滲流考慮，設(shè)進(jìn)口壓力P₁，出口壓力為P₂。顯然，當(dāng)壓力從P₁變化到P₂時(shí)，氣體的體積必然變化，故流速也變化。因此，必須考慮用平均體積流量Q代入達(dá)西方程。

若把氣體膨脹視為等溫過(guò)程，按玻義爾定律：

式中：

平均壓力，MPa；

平均壓力下的平均體積流量，mL/s；

P₀大氣壓力，MPa；

Q₀大氣壓力下的氣體流量，mL/s;

從上面分析得出對(duì)可壓縮流體的達(dá)西公式的修正只把流量用平均流量代入即可：

式中：µg氣體的粘度；

也就是說(shuō)，用氣體測(cè)定滲透率時(shí)，氣體的體積流量要用標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積Q₀值，不是用Q₁，也不是用Q₂值。

三、儀器結(jié)構(gòu)及各部件說(shuō)明

本儀器可安裝在任何試驗(yàn)臺(tái)（桌）上，最好臺(tái)面防震，并離開(kāi)門(mén)遠(yuǎn)一點(diǎn)，以免溫度發(fā)生突變，做到這一點(diǎn)即可測(cè)得穩(wěn)定的結(jié)果，見(jiàn)圖2：

1. 環(huán)壓壓力傳感器      2. 上流壓力傳感器     3. 巖心夾持器     . 壓力調(diào)節(jié)器

5. 干燥器     6. 放空閥    7. 環(huán)壓閥    9. 氣源閥    10.轉(zhuǎn)子流量計(jì)

圖2：氣體滲透率儀流程圖

儀器有下列部件：

⑴．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)作儀表的氣源。

⑵．巖心夾持器：這是在測(cè)定滲透率時(shí)裝巖心用的，這個(gè)夾持器也可用來(lái)連接孔隙儀，以測(cè)定巖心孔隙體積。

⑶．環(huán)壓壓力傳感器：用它來(lái)指示橡皮筒外部所加的壓力值。

⑷．上流壓力傳感器：在測(cè)定滲透率時(shí)，用它來(lái)指示巖心的上流壓力值P₁；

⑸．壓力調(diào)節(jié)器：這個(gè)閥是用來(lái)調(diào)節(jié)氣源進(jìn)入的氣體并減壓控制巖心上流端所需要的操作壓力值；

⑹．放空閥：打開(kāi)此閥放掉環(huán)壓，使橡皮筒的壓力達(dá)到常壓。

⑺．巖心閥：打開(kāi)此閥，使高壓氣體進(jìn)入巖心夾持器與橡皮筒之間的環(huán)形空間，使橡皮筒緊貼住巖樣及夾持器的上下端塞。

⑻.氣源閥：供給滲透率儀調(diào)節(jié)器低于1MPa的氦氮?dú)?，再通過(guò)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)纳狭鲏毫Α?/span>

⑼.高壓閥：打開(kāi)此閥，提供高的上流壓力。

⑽.低壓閥：打開(kāi)此閥，提供低的上流壓力。

⑾.中間閥：打開(kāi)此閥，用水銀壓力計(jì)測(cè)壓力。

⑿.干燥器：使進(jìn)入巖樣前的氣體進(jìn)行干燥，然后再進(jìn)入巖心。

⒀.皂膜流量計(jì)：用它來(lái)計(jì)量巖樣出口端氣體的流量。

四、測(cè)試準(zhǔn)備

1．樣品準(zhǔn)備

⑴．樣品加工：將待測(cè)樣品用鉆床鉆成直徑為25mm，長(zhǎng)為20～70mm，兩端面磨平并與樣品軸垂直。

⑵．樣品處理：含油樣品先洗油，然后用105℃在烘箱中烘干（時(shí)間長(zhǎng)短可視具體情況而定），然后放入干燥器中冷至室溫待測(cè)。

2．儀器準(zhǔn)備

按照流程連接好以后，經(jīng)過(guò)檢漏，關(guān)閉面板上的全部閥門(mén)與調(diào)節(jié)器，關(guān)閉流量計(jì)的針形閥。

⑴．上流檢漏：用肥皂涂于各個(gè)接頭處，如果有漏，可看見(jiàn)肥皂泡，檢查各個(gè)接頭與閥門(mén)及管線。

⑵．下流檢漏：巖樣下端絕對(duì)不能許可有泄漏，如果發(fā)現(xiàn)漏氣，應(yīng)立即進(jìn)行檢修。

⑶．巖心夾持器檢漏：巖心夾持器系統(tǒng)的檢漏，可按下述方式進(jìn)行：

①．巖心夾持器中放一塊孔隙與與滲透率都很大的樣品，夾持器橡皮筒中加壓1MPa，該樣品的長(zhǎng)度必須是夾持器能測(cè)試最大的樣品長(zhǎng)度；

②．關(guān)掉環(huán)壓閥，橡皮筒中壓力下降時(shí)，環(huán)壓表壓力就會(huì)顯示出來(lái)。這就表示有泄漏處。如果檢查有關(guān)管線與接頭不泄漏，就判斷是夾持器有泄漏處，可按下述方式檢查泄漏的位置：

用夾子夾住通向巖心夾持器的上流塑料管子，并打開(kāi)流量計(jì)的針形閥，如果流量計(jì)有顯示，說(shuō)明巖心夾持器橡皮筒有小孔泄漏，必須重新更換一個(gè)橡皮筒。

如果不是巖心夾持器的橡皮筒漏氣，就緊一下夾持上下螺母，擰緊后還是漏，就用肥皂液找出泄漏處，進(jìn)行合理的修理。

五、測(cè)試步驟

⑴．從干燥器取出適合夾持器直徑的巖樣，用游標(biāo)卡尺量出巖樣的長(zhǎng)度和直徑計(jì)算其橫截面積A，幾何尺寸必須在進(jìn)行測(cè)定之前量出。如果為了保持巖心端面干凈，而需要將巖心的一部分切掉之后，應(yīng)重新取其長(zhǎng)度。

⑵．先檢查面板上各閥門(mén)與夾持器上的手輪是否關(guān)死。

⑶．?dāng)Q松巖心夾持器兩邊固定托架的手輪后，下降托架，卸出夾持器內(nèi)的加壓鋼柱塞。

⑷.將測(cè)量幾何尺寸的巖樣裝進(jìn)巖心夾持器的橡皮筒內(nèi)，用加壓鋼柱塞將巖樣向上頂，直到巖樣兩端被夾持器上端頭與加壓鋼柱塞貼緊為止，擰緊手輪。

⑸.打開(kāi)放空閥，關(guān)放空閥。

⑹.打開(kāi)高壓氣瓶閥，將氣瓶上的壓力表調(diào)到1MPa，開(kāi)巖心閥，使環(huán)壓表顯示到1MPa，關(guān)巖心閥。

⑺.調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器Q261（一般壓力由小到大調(diào)節(jié)）,調(diào)至所需要的上流壓力至0.2MPa左右，若需要的上流壓力低，通過(guò)定值器調(diào)節(jié)。

⑻.選擇量計(jì)，在不同上流壓力下讀取流量（氣體滲透率儀上裝有三支流量計(jì)，其量程是不同的，在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)流量的大小不同，選擇適當(dāng)量程的流量計(jì)，在滿足要求的情況下盡量選用小量程的流量計(jì)，流量計(jì)的使用與流量校正請(qǐng)參見(jiàn)流量計(jì)使用說(shuō)明書(shū)），要求每塊巖樣應(yīng)測(cè)4個(gè)點(diǎn)以上不同壓差下的流量。

⑼.調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器，使上流壓力降至零，開(kāi)放空閥，使環(huán)壓降至零，重復(fù)步驟，取出巖樣。

⑽.如果要繼續(xù)測(cè)試，再重復(fù)步驟4～10；如果實(shí)驗(yàn)結(jié)束將加壓柱塞推進(jìn)夾持器中，擰緊手輪，關(guān)閉所有閥門(mén)，測(cè)試完畢。

⑾.記錄數(shù)據(jù)：

①.記錄當(dāng)天的大氣壓力；

②.記錄所有氣體類(lèi)別；

③.記錄上流壓力；

④.記錄流量；

⑤.記錄巖樣號(hào)、長(zhǎng)度、直徑。

⑿.上述測(cè)定的參數(shù)填入原始數(shù)據(jù)記錄表格（見(jiàn)附表）

⒀.注意事項(xiàng)：

①．巖樣兩端面必須垂直于巖樣的軸線，并且兩端應(yīng)互相平行，巖樣端面不規(guī)則時(shí)，可能使橡皮筒折皺或劃破。

②．巖心夾持器中未放樣品時(shí)，絕對(duì)不能加環(huán)壓，否則就會(huì)損壞橡皮筒。

③．巖樣直徑比巖心夾持器直徑小1－1.5mm時(shí)，放入夾持器中不會(huì)損壞橡皮筒，如果更小，就應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆椒右蕴幚?，使之不?huì)損壞橡皮筒。

④．在測(cè)定氣體流量時(shí)，用1只流量計(jì)，其它流量計(jì)的針形閥必須關(guān)死。

六、數(shù)據(jù)處理

1．由于單相流體通過(guò)巖樣，其滲流規(guī)律也不總是服從達(dá)西定律，只有在壓力梯度較小、流速較低時(shí)，單相流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)才服從達(dá)西線性滲流。當(dāng)壓力梯度超過(guò)某一極限值時(shí)，就不再服從達(dá)西定律，而是服從非線性滲流規(guī)律。

為此需要作－△P/L曲線來(lái)驗(yàn)證達(dá)西定律。

2．取－△P/L直線段的點(diǎn)子，按下式分別計(jì)算氣體滲透率Kg：

式中：Kg氣體滲透率，µm²

      µ氣體的粘度，MPa·s（根據(jù)所用的溫度查表而來(lái)），其它符號(hào)同前。

3．根據(jù)1/ ＝1/?（P1+P2），計(jì)算1/ 的值。

4．將測(cè)試點(diǎn)得到的Kg和1/ 繪制成Kg～1/曲線，又根據(jù)直線外推在縱坐標(biāo)上的截距，得到巖心的真實(shí)絕對(duì)滲透率（又稱(chēng)等值液體滲透率）。

儀器主要技術(shù)參數(shù)

1．測(cè)試巖心直徑：φ25mm；

2．測(cè)試巖心長(zhǎng)度：20～70mm；

3．工作介質(zhì)：氮?dú)?/span>

4．儀器配套：高壓鋼瓶一只

             氣壓表一只                 （用戶自備）

             游標(biāo)卡尺一把               （用戶自備）

             干燥器一個(gè)（存放巖樣用）   （用戶自備）

5．測(cè)試范圍：0.01×10^-3µm²～6µm²

6．測(cè)量誤差：K<10×10^-3µm²  相對(duì)誤差≤5%

             K>10×10^-3µm²  相對(duì)誤差≤5%