便携式岩心气测渗透率测量装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种便携式岩心气测渗透率测量装置，包括岩心、压力传感器、筒体，还包括手摇液压泵、橡胶套、活塞、活塞驱动装置、计算芯片与液晶显示器、放空阀，所述岩心放置于筒体内，所述橡胶套设置于岩心与筒体之间，所述液压泵设置于筒体的外侧，并与所述橡胶套相连，所述活塞和所述活塞驱动装置设置于筒体内，所述岩心的一个端面与所述活塞之间形成内腔，所述压力传感器、所述计算芯片与液晶显示器和所述放空阀设置于筒体的外侧，并与所述内腔相连。本发明的便携式岩心气测渗透率测量装置体积小巧，结构简单，方便携带，适用于野外或者钻井现场进行渗透率测量。
【专利说明】便携式岩心气测渗透率测量装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油工程【技术领域】，涉及岩心渗透率的测量技术，尤其涉及一种便携 式岩心气测渗透率测量装置。
【背景技术】
[0002] 在石油行业中，渗透率是表征油气通过储层岩石能力的重要参数，通常采用气体 或者液体作为介质对岩心渗透率进行测量。在室内实验中，气测渗透率的实验介质可为氦 气或者氮气，在实验精度要求不高的情况下也可采用空气测量岩石渗透率；液测渗透率的 实验介质一般为水或者原油。
[0003] 通常情况下，实验室岩心测试结果比较准确，但是实验设备庞大，对环境要求高， 不便于野外携带，在野外采用便携式岩样钻取设备取出露头岩样，或者在现场采用取芯钻 头取出储层岩样后，需要将样品送交实验室进行分析，该过程耗费时间周期长，无法实时的 认识地层参数，等到实验室测量时岩石的性质已经发生改变，因此无法反映真实的岩心气 测渗透率。
[0004] 目前，岩心渗透率的测量方法主要有两种，稳态法和非稳态法。稳态法是指在测试 过程中流体形成稳定渗流，流动处于稳定状态，测出岩心两端的压力以及通过岩心的流量， 利用达西公式计算岩心渗透率。该方法相对可靠，应用较多，但是操作比较复杂，测量时间 长且数据的稳定性受到较多因素的影响。在稳态法中，对于流体流量的测量，特别是低渗岩 石微小流量的测量是很困难的，并且也不够精确。
[0005] 稳态法气测渗透率是目前常见的岩心渗透率测量方法，主要有以下不足：设备庞 大，不仅需要装备氮气或者氦气气源，还需要庞大的恒压室和恒压控制装置，不方便野外测 量；不能严格控制上下游恒压室压差，需要在上下游之间安装压力反馈控制装置来保证岩 心入口和出口压力差恒定，达到平衡所需时间太长；气体流量计一般用皂泡流量计或小球 上升高度测量，由于气体具有压缩性和粘性，上述设备所测得的数据的准确性较低。
[0006] 非稳态法是指在测试过程中不要求流体形成稳定渗流，流动处于非稳定状态，只 要测出压力随时间的变化曲线，就可以利用微积分的方法计算出岩心渗透率。非稳态法具 有操作方便、测量速度快、数据的统一性较好等优点。更为重要的是它避开了气体流量的测 量。
[0007] 非稳态法通过测量压力随时间的变化来计算岩心渗透率，避免了气体流量测量不 准确的缺点，但是由于需要气源，其设备比较庞大，不适宜野外作业，并且需要连续测量足 够长的时间，才能计算岩心渗透率，如果气体流量不稳定，则该装置的测量效果也不好。
【发明内容】
[0008] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种便携式岩心气测渗透率测量装 置，包括岩心、压力传感器、筒体，还包括液压泵、橡胶套、活塞、活塞驱动装置、计算芯片与 液晶显示器、放空阀，所述岩心放置于筒体内，所述橡胶套设置于岩心与筒体之间，所述液 压泵设置于筒体的外侧，并与所述橡胶套相连，所述活塞和所述活塞驱动装置设置于筒体 内，所述岩心的一个端面与所述活塞之间形成内腔，所述压力传感器、所述计算芯片与液晶 显示器和所述放空阀设置于筒体的外侧，并与所述内腔相连。
[0009]目前的非稳态气测渗透率方法需要保证定容室（内腔）的容积不变，并且通过空 气压缩机或者抽真空设备制造压差，故设备庞大，不适宜在野外测量。本发明的主要原理为 在目前非稳态气测渗透率方法的基础上，匀速改变内腔的大小，制造压差，无需携带庞大的 气瓶和增压装置，使渗透率测试仪体积减小，从而达到小型化、便携式的目的。通过记录活 塞匀速运动过程中，内腔的压力随时间的变化，进而测量出岩心气测渗透率。
[0010] 本发明的便携式岩心气测渗透率测量装置，是将在野外采用便携式岩样钻取设备 取出露头岩心，或者在现场采用取芯钻头取出储层岩心放入筒体内，采用集成在筒体上的 小型液压泵对岩心施加一定的围压，移动筒体内的活塞，活塞做匀速运动，使岩心两端产生 压差，通过压力感应器测量岩心两端的压力随时间的变化，进而测量岩心气测渗透率。该测 量装置体积小巧，结构简单，方便携带，适用于野外或者钻井现场进行渗透率测量。该测量 装置突出便携的优点，能在野外获取岩心后马上检测，对野外采集岩样快速评价具有重要 意义。
[0011] 优选的是，所述液压泵为手摇液压泵，也可为小型液压泵或者小型手摇液压泵。所 述液压泵可由围压泵替代。液压泵以液压的形式通过橡胶套对岩心施加围压。液压泵给岩 心施加的围压为〇. 5-3. OMPa，本发明经过大量实验证明，施加此范围值的围压，能够确保气 体不渗漏。采用手摇液压泵、小型液压泵或者小型手摇液压泵可进一步减小测量装置的体 积和重量，使测量装置更加便携。
[0012] 在上述任一方案中优选的是，所述压力传感器嵌入筒体壁中，可进一步减小测量 装置的重量，使其更加便携。
[0013] 在上述任一方案中优选的是，所述压力传感器凸出筒体的内壁。
[0014] 压力传感器可以监测内腔中的压力变化。计算芯片可以收集压力传感器的数据并 计算出岩心气测渗透率，同时将岩心气测渗透率的数值显示在液晶显示器上。放空阀在渗 透率测量过程中处于关闭状态，在测量结束后打开，以平衡内腔中的压力。
[0015] 在上述任一方案中优选的是，所述岩心的一个端面与所述筒体的一端平齐，另一 个端面在筒体的内部。
[0016] 在上述任一方案中优选的是，所述岩心的一个端面凸出所述筒体的一端，另一个 端面在筒体的内部。
[0017] 在上述任一方案中优选的是，所述活塞驱动装置设置于筒体的一端，与所述岩心 相对。活塞驱动装置可以控制活塞在筒体内匀速运动，以给定的速度匀速拉出或者匀速推 进，以控制内腔的大小，保证在岩心两端产生的压差至少为〇. 2MPa。
[0018] 在上述任一方案中优选的是，所述活塞驱动装置包括驱动电机、滚轮、电源。电源 驱动驱动电机匀速旋转，驱动电机带动滚轮旋转。滚轮为齿轮结构，与活塞杆上的齿条相互 啮合。滚轮的旋转速度收到计算芯片的控制。
[0019] 在上述任一方案中优选的是，所述驱动电机与所述滚轮相连，所述滚轮与活塞杆 上的齿条啮合。
[0020] 在上述任一方案中优选的是，所述电源嵌入筒体壁中，可进一步减小测量装置的 重量，使其更加便携。
[0021] 在上述任一方案中优选的是，所述电源为电池。
[0022] 在上述任一方案中优选的是，所述电池放置于嵌入筒体壁中的电源槽内。嵌入式 电源槽，可进一步减小测量装置的重量，使其更加便携。
[0023] 在上述任一方案中优选的是，所述筒体由铝合金、镁合金或者钛合金材料制成。上 述合金材料比较轻，强度高，加工性能好，在其表面易于自然产生一层致密牢固的保护膜， 能很好的保护基体不受腐蚀。
[0024] 在上述任一方案中优选的是，所述筒体由不锈钢材料制成。不锈钢材料的强度高， 硬度高，耐磨性和抗腐蚀性较好，也可作为筒体材料使用。
[0025] 在上述任一方案中优选的是，所述筒体的壁厚为1. 0-5. 0cm。本发明经过大量实验 证明，筒体由铝合金、镁合金或者钛合金材料制作时，筒体的壁厚可适当增加，以承受更大 的压力。
[0026] 在上述任一方案中优选的是，所述筒体的壁厚为0. 5-1. 0cm。本发明经过大量实验 证明，筒体由不锈钢材料制作时，筒体的壁厚可适当减小，虽然不锈钢比铝合金、镁合金和 钛合金重，但是其能承受较高的压力。
[0027] 在上述任一方案中优选的是，所述筒体的长度为50-80cm。本发明经过大量实验证 明，筒体的长度在此范围内时，该测量装置可轻松提起和放下，仍属便携式范畴。
[0028] 在上述任一方案中优选的是，所述活塞的厚度为3. 0-5. 0cm。本发明经过大量实验 证明，活塞的厚度在此范围内时，可确保气体不渗漏。
[0029] 在上述任一方案中优选的是，所述岩心的直径为2. 5cm。岩心与筒体内壁之间设置 橡胶套，以确保气体不渗漏，由于橡胶套的厚度较小，因此岩心的直径与筒体内径（内腔直 径）可看作近似相等，在岩心气体表观渗透率计算公式的推导过程中，内腔横截面积即为 岩心横截面积。
[0030] 在上述任一方案中优选的是，所述岩心的长度为3. 0-8. 0cm。
[0031] 本发明是基于非稳态的方法来测量岩心气测渗透率的，但是在非稳态气测渗透率 的测量过程中，避免使用真空机或者空气压缩机制造压差，而是通过活塞匀速运动制造压 差，故测量装置体积小巧，降低成本，便于携带。
[0032] 本发明还提供一种利用上述便携式岩心气测渗透率测量装置进行岩心气测渗透 率的测量方法，包括以下步骤：
[0033] (1)调试岩心气测渗透率测量装置，并检查测量装置的气密性；
[0034] ⑵测量岩心的直径和长度，将测量值输入计算芯片；
[0035] (3)将岩心放置于橡胶套内，通过液压泵给岩心施加围压；
[0036] (4)将活塞推至内腔最小标定位置，关闭放空阀；
[0037] (5)压力传感器测量起始时刻内腔中的压力，设定活塞运动速度，开启活塞驱动装 置，压力传感器记录内腔压力变化和活塞运动时间，并将数据实时输入计算芯片，活塞驱动 装置将活塞移动至内腔最大标定位置时停止工作，计算芯片计算岩心气体表观渗透率，进 而计算岩心气测渗透率并储存，完成第一次测量过程；
[0038] 在活塞运动过程中，计算芯片计算每一个计算区间的岩心气体表观渗透率，进而 计算岩心气测渗透率。
[0039] (6)打开放空阀，平衡内腔压力后，关闭放空阀，重复步骤（5)，活塞驱动装置将活 塞移动至内腔最小标定位置，进行第二次测量；
[0040] (7)计算芯片计算两次测量值的平均值，即为最终的岩心气测渗透率，并通过液晶 显示器显示出来；
[0041] 所述活塞做匀速运动。所述岩心气测渗透率测量装置在内腔体积匀速变化时可测 量岩心气测渗透率。
[0042] 本发明的测量方法在活塞往返运动过程中可以测量两次岩心气测渗透率，测量效 率高，速度快。测量方法上使用精密的压力传感器记录压力随时间的变化，避免因气体流量 变化而导致测量不准确的缺陷。另外，通过本发明的岩心气体表观渗透率计算公式计算所 得的结果更可靠。对于野外采集岩样快速评价具有重要意义。
[0043] 优选的是，重复步骤（5)，进行多次测量，计算芯片计算多次测量值的平均值，即为 最终的岩心气测渗透率，并通过液晶显示器显示出来。本发明的测量方法可进行多次测量， 以使测量结果更准确，误差更小。
[0044] 根据岩心的致密或疏松情况，调整岩心气测渗透率的测量步骤。若岩心致密，渗透 率较低，则活塞从内腔最小标定位置移动至内腔最大标定位置时所造成的压差可能不够， 因此将活塞移动至内腔最大标定位置后，再移动至内腔最小标定位置，完成一次测量过程。 若岩心疏松，渗透率较高，则在测量过程中需要增大活塞的运动速度进行测量。
[0045] 在上述任一方案中优选的是，所述岩心气测渗透率测量装置为便携式岩心气测渗 透率测量装置。
[0046] 在上述任一方案中优选的是，所述内腔最小标定位置为活塞与岩心在筒体内的端 面的距离为3. 5cm处。
[0047] 在上述任一方案中优选的是，所述内腔最大标定位置为活塞移动至活塞驱动装置 处。
[0048] 在上述任一方案中优选的是，所述液压泵给岩心施加的围压为0.5-3. OMPa。本发 明经过大量实验证明，施加此范围值的围压，能够确保气体不渗漏。
[0049] 在上述任一方案中优选的是，所述活塞的运动速度为0. 1-lOcm/s。本发明经过大 量实验证明，活塞在此速度范围内做匀速运动，能确保岩心气测渗透率的测量值更可靠、更 准确，对野外采集岩样快速评价具有重要意义。
[0050] 在上述任一方案中优选的是，所述岩心气体表观渗透率的计算公式为
【权利要求】
1. 一种便携式岩心气测渗透率测量装置，包括岩心、压力传感器、筒体，其特征在于： 还包括液压泵、橡胶套、活塞、活塞驱动装置、计算芯片与液晶显示器、放空阀，所述岩心放 置于筒体内，所述橡胶套设置于岩心与筒体之间，所述液压泵设置于筒体的外侧，并与所述 橡胶套相连，所述活塞和所述活塞驱动装置设置于筒体内，所述岩心的一个端面与所述活 塞之间形成内腔，所述压力传感器、所述计算芯片与液晶显示器和所述放空阀设置于筒体 的外侧，并与所述内腔相连。
2. 如权利要求1所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述液压泵为 手摇液压泵。
3. 如权利要求1或2所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述压力 传感器嵌入筒体壁中。
4. 如权利要求1或2所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述压力 传感器凸出筒体的内壁。
5. 如权利要求1或2所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述岩心 的一个端面与所述筒体的一端平齐，另一个端面在筒体的内部。
6. 如权利要求1或2所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述岩心 的一个端面凸出所述筒体的一端，另一个端面在筒体的内部。
7. 如权利要求1或2所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述活塞 驱动装置设置于筒体的一端，与所述岩心相对。
8. 如权利要求7所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述活塞驱动 装置包括驱动电机、滚轮、电源。
9. 如权利要求8所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述驱动电机 与所述滚轮相连，所述滚轮与活塞杆上的齿条啮合。
10. 如权利要求8所述的便携式岩心气测渗透率测量装置，其特征在于：所述电源嵌入 筒体壁中。
【文档编号】G01N15/08GK104266950SQ201410447200
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】李曹雄, 申颍浩, 葛洪魁, 陈鹏举 申请人:中国石油大学(北京)