一种岩石含气饱和度测定系统及方法与流程

本发明涉及石油勘探技术领域，尤其涉及一种岩石含气饱和度测定系统及方法。

背景技术

岩石含气饱和度是衡量其储气性能的参数之一，是指在不同充注压力条件下，天然气充注储层后，天然气占据储层孔隙体积的百分比。目前一般是通过测井、地球物理、数值模拟和物理模拟方法来进行岩石含气饱和的测定，测井方法难于准确测定岩石的含气饱和度，地球物理及数值模拟方法也受到诸多地质因素的控制，其可靠程度也取决于地质参数的合理选取和测算者对地质资料的掌握程度，传统的物理模拟方法是通过天然气充注物理模拟实验来完成，其一般流程是先将岩心洗油后烘干，然后抽真空饱和水，然后安装岩心夹持器并加围压，连接管线与岩心夹持器和气瓶，逐渐调节气瓶出口压力，在不同压力下注入气体，计量采出水量，计算含气饱和度。测井、地球物理及数值模拟方法是属于间接的一种测量方法，主要针对的是地下状态下已经有天然气充注的地层的检测，而物理模拟是一种直接的测量方法，可以设置不同压力状态下岩石的含气饱和度，从而达到评价储集层的目的，两种方法各有各的优点。

传统的物理模拟含气测定方法是通过向岩心单方向以一定的压力差充注气体，充注平衡后测出气体在岩心孔隙中体积百分比，将岩心置于岩心夹持器中，设置夹持器出口端回压阀压力，然后加上围压，通过注入系统向岩心注入气体，记录每次测试的注入压力等，物理模拟测定方法的缺点如下：一次只能测定一个样品，实验时间较长，操作复杂，并且只限于模拟开放的地质环境。

因此，如何实现可实验时间短，操作简单，并支持同时测量多个样品，是当前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种岩石含气饱和度测定系统及方法，本发明采用传统物理模拟实验现有设备进行组合，主要由气瓶(气体一般采用氮气)、气体增压机、高压气体缓冲罐和高压样品检测容器组成，具有可以满足不同深度的压力范围的模拟、支持一次放入多个待测样品、管线连接简单及提高测试效率的有益效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种岩石含气饱和度测定系统，包括：气瓶、气体增压机、高压气体缓冲罐、高压样品检测容器、设置于所述气体增压机与所述高压气体缓冲罐之间的第一高压管线上的第一阀门及第一压力表以及设置于所述高压气体缓冲罐与所述高压样品检测容器之间的第二高压管线上的第二阀门及第二压力表；

所述气瓶通过第三高压管线将所述气瓶的出气孔与所述气体增压机的进气孔连通，用于向所述气体增压机输送存储的气体；

所述气体增压机通过所述第一高压管线将所述气体增压机的出气孔与所述高压气体缓冲罐的进气孔连通，用于对接收的所述气体进行加压并将加压后的气体输送到所述高压气体缓冲罐；

所述高压气体缓冲罐通过所述第二高压管线将所述高压气体缓冲罐的出气孔与所述高压样品检测容器的进气孔连通，用于将接收的所述加压后的气体输送到所述高压样品检测容器；

所述高压样品检测容器，用于放置待测样品及接收所述加压后的气体。

一实施例中，所述第一压力表用于监测所述气体增压机与所述高压气体缓冲罐之间的第一气压，用以当所述第一气压到达第一预设压力值后，关闭所述第一阀门并缓慢打开所述第二阀门；

所述第二压力表用于监测所述高压气体缓冲罐与所述高压样品检测容器之间的第二气压，用以当所述第二气压到达第二预设压力值后，关闭所述第二阀门。

一实施例中，所述高压气体缓冲罐还包括：容器上盖及容器体；

所述高压气体缓冲罐的进气孔设置于所述容器上盖上，所述高压气体缓冲罐的出气孔设置于所述容器体底部；

所述容器上盖盖置于所述容器体顶端，用于使所述容器体密闭。

一实施例中，所述高压样品检测容器包括：样品室上盖、样品室、样品筛及设置于所述样品室下部的出气孔；

所述高压样品检测容器的进气孔设置于所述样品室上盖上；

所述样品筛设置于所述样品室内，用于放置待测样品；

所述样品室上盖盖置于所述样品室的顶端，用于使所述样品室密闭。

一实施例中，岩石含气饱和度测定系统还包括：设置于所述第三高压管线上的第三压力表及第三阀门；所述第三阀门的初始状态为关闭状态；所述第三压力表用于监测所述气瓶及所述气体增压机之间的气压。

一实施例中，岩石含气饱和度测定系统还包括：设置于所述第二高压管线上的第四阀门。

一实施例中，岩石含气饱和度测定系统还包括：设置于与所述高压样品检测容器的出气孔连通的第四高压管线上的第五阀门，用于排空所述高压样品检测容器内的气体。

一实施例中，岩石含气饱和度测定系统还包括：第一支撑座及第二支撑座；所述第一支撑座用于放置所述高压气体缓冲罐；所述第二支撑座用于放置所述高压样品检测容器。

一实施例中，所述气体为氮气。

根据上述岩石含气饱和度测定系统，本发明还提供了一种岩石含气饱和度测定方法，该方法包括：

将待测样品均匀放置于高压样品检测容器内；

将气瓶中的气体输送到所述气体增压机；

利用所述气体增压机对所述气体进行加压，并将加压后的气体存储于高压气体缓冲罐中；

通过第一压力表监测所述气体增压机及所述高压气体缓冲罐之间的第一气压；当所述第一气压到达第一预设压力值后，关闭所述第一阀门；

依次缓慢开启所述第四阀门及所述第二阀门，所述高压气体缓冲罐将加压后的气体缓慢输送到所述高压样品检测容器；

通过第二压力表监测所述高压气体缓冲罐与所述高压样品检测容器之间的第二气压；当所述第二气压到达第二预设压力值后，关闭所述第二阀门；

排空所述高压样品检测容器内的气体，并依次取出各待测样品计算各待测样品的含气饱和度。

本发明提供的一种岩石含气饱和度测定系统及方法，包括：气瓶、气体增压机、高压气体缓冲罐、高压样品检测容器、设置于所述气体增压机与所述高压气体缓冲罐之间的第一高压管线上的第一阀门及第一压力表以及设置于所述高压气体缓冲罐与所述高压样品检测容器之间的第二高压管线上的第二阀门及第二压力表；所述气瓶通过第三高压管线将所述气瓶的出气孔与所述气体增压机的进气孔连通，用于向所述气体增压机输送存储的气体；所述气体增压机通过所述第一高压管线将所述气体增压机的出气孔与所述高压气体缓冲罐的进气孔连通，用于对接收的所述气体进行加压并将加压后的气体输送到所述高压气体缓冲罐；所述高压气体缓冲罐通过所述第二高压管线将所述高压气体缓冲罐的出气孔与所述高压样品检测容器的进气孔连通，用于将接收的所述加压后的气体输送到所述高压样品检测容器；所述高压样品检测容器，用于放置待测样品及接收所述加压后的气体。本发明采用传统物理模拟实验现有设备进行组合，具有可以满足不同深度的压力范围的模拟、支持一次放入多个待测样品、管线连接简单及提高测试效率的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的一种岩石含气饱和度测定系统的结构示意图；

图2是本申请一实施例中的高压气体缓冲罐的结构示意图；

图3是本申请一实施例中的高压样品检测容器的结构示意图；

图4是本申请一实施例中的岩石含气饱和度测定系统的结构示意图；

图5是本申请的一种岩石含气饱和度测定方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、……等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种岩石含气饱和度测定系统，其结构图如图1所示，该系统包括：气瓶1、气体增压机2、高压气体缓冲罐3及高压样品检测容器4。

其中气体增压机2通过第一高压管线5与高压气体缓冲罐3连通，高压气体缓冲罐3通过第二高压管线6与高压样品检测容器4连通，气瓶1通过第三高压管线7与气体增压机2连通。

第一压力表8及第一阀门9设置于第一高压管线5上，第一压表8及第一阀门9的具体位置为：第一压力表8接近增压机2的出气孔o2，第一阀门9接近高压气体缓冲罐3的进气孔i3，本发明第一压力表8及第一阀门9的位置关系不以此为限。

第二阀门10及第二压力表11设置于第二高压管线6上，第二阀门10及第二压力表11的具体位置为：第二阀门10接近高压气体缓冲罐3的出气孔o3，第二压力11表接近高压样品检测容器4的进气孔i4。

气瓶1通过第三高压管线7将气瓶1的出气孔o1与气体增压机2的进气孔i2连通，用于向气体增压机2输送气瓶1存储的气体。

气体增压机2通过第一高压管线5将气体增压机2的出气孔o2与高压气体缓冲罐3的进气孔i3连通，用于对接收的气体进行加压并将加压后的气体输送到高压气体缓冲罐3。

高压气体缓冲罐3通过第二高压管线6将高压气体缓冲罐3的出气孔o3与高压样品检测容器4的进气孔i4连通，用于将接收的加压后的气体输送到高压样品检测容器4中。

高压样品检测容器4，用于放置待测样品及接收加压后的气体。

由图1所示的结构可知，本发明采用传统物理模拟实验现有设备进行组合，主要由气瓶1(气体一般采用氮气)、气体增压机2、高压气体缓冲罐3及高压样品检测容器4组成，用于测定高压状态下(大于等于12mpa)岩心含气饱和度。本发明具有如下有益效果：

(1)同时测试多个待测样品；

(2)更广的模拟地质边界参数；

(3)实验装置简单，操作方便，测试效率高。

在一个实施例中，如图1所示，第一压力表8用于监测气体增压机2与高压气体缓冲罐3之间的第一气压，用以当第一气压到达第一预设压力值后，关闭第一阀门9并缓慢打开第二阀门10，使经过气体增压机2加压后的气体缓慢输入到高压样品检测容器4中。

第二压力表11用于监测高压气体缓冲罐3与高压样品检测容器4之间的第二气压，用以当第二气压到达第二预设压力值后，关闭第二阀门10，使经过高压气体缓冲罐3中的气体存储于高压样品检测容器4中。

在一个实施例中，如图2所示，高压气体缓冲罐3还包括：容器上盖31及容器体32；

高压气体缓冲罐的进气孔i3设置于容器上盖31上，高压气体缓冲罐3的出气孔o3设置于容器体32的底部。

容器上盖31盖置于容器体32的顶端，用于使容器体32密闭，防止气体外漏。

在一个实施例中，如图3所示，高压样品检测容器4包括：样品室上盖41、样品室42、样品筛43及设置于样品室42下部的出气孔o4。

高压样品检测容器4的进气孔i4设置于样品室上盖41上。

样品筛43设置于样品室42内，用于放置待测样品17。

样品室上盖41盖置于样品室42的顶端，用于使样品室42密闭，防止气体外漏。

在一个实施例中，如图1所示，该岩石含气饱和度测定系统还包括：第三压力表12及第三阀门13。

其中，第三压力表12及第三阀门13设置于第三高压管线7上，第三压力表12及第三阀门13的具体位置为：第三压力表12接近气瓶1的出气孔o1，第三阀门13接近气体增压机2的进气孔i2，本发明第三压力表12及第三阀门13的位置关系不以此为限。

第三阀门13的初始状态为关闭状态，测试开始时打开第三阀门13时气瓶1中的气体输出到气体增压机2。

第三压力表12用于监测气瓶1及气体增压机2之间的气压，以保证气体的流向为从气瓶1输出到气体增压机2中。

在一个实施例中，如图1所示，该岩石含气饱和度测定系统还包括：设置于第二高压管线6上的第四阀门14。

第四阀门14设置于第二压力表11与高压样品检测容器4的进气孔i4之间，在打开第二阀门10之前，先打开第四阀门14。

在一个实施例中，如图1所示，该岩石含气饱和度测定系统还包括：第四高压管15及第五阀门16。

其中第四高压管15与高压样品检测容器4的出气孔o4连通，第五阀门16设置于第四高压管线15上，测试完成后打开第五阀门16通过第四高压管15将高压样品检测容器4中的气体排空。

在一个实施例中，如图1所示，该岩石含气饱和度测定系统还包括：第一支撑座18、第二支撑座19及第三支撑座20。

其中第一支撑座18用于放置高压气体缓冲罐3，第二支撑座19用于放置高压样品检测容器16，第三支撑座20用于支撑气体增压机2，第三支撑座20具体为轮子或支架。

在一个实施例中，本发明还提供了一种岩石含气饱和度测定系统，其结构图如图4所示，用于测定低压状态下(小于12mpa)岩心含气饱和度，该系统包括：气瓶1、及高压样品检测容器4。

其中气瓶1通过第四高压管线与高压样品检测容器4连通，第三压力表12、第三阀门13、第二压力表11、第四阀门14依次设置于第四高压管线上。

由图4所示的结构可知，本发明采用传统物理模拟实验现有设备进行组合，主要由气瓶1(气体一般采用氮气)及高压样品检测容器4组成，直接利用高压管线将气瓶与高压样品检测容器连通即可，减少气体增压机和高压气体缓冲罐这一环节。用于测定低压状态下(小于等于12mpa)岩心含气饱和度。本发明具有如下有益效果：

(1)可以同时测定多个待测样品；

(2)可以更广的模拟地质边界参数；

(3)实验装置简单，操作方便，测试效率高。

在一个实施例中，气瓶1中存储的气体为氮气，本发明不以此为限。

基于与上述岩石含气饱和度测定系统相同的申请构思，本发明还提供了一种岩石含气饱和度测定方法，如下面实施例所述。由于该岩石含气饱和度测定方法解决问题的原理与岩石含气饱和度测定系统相似，因此该岩石含气饱和度测定方法的实施可以参见岩石含气饱和度测定系统的实施，重复之处不再赘述。

图5为本申请提供的一种岩石含气饱和度测定方法的流程图。根据上述岩石含气饱和度测定系统，本实施例中提供了一种岩石含气饱和度测定方法，如图5所示，该岩石含气饱和度测定方法包括：

s101：将待测样品均匀放置于高压样品检测容器内；

s102：将气瓶中的气体输送到气体增压机；

s103：利用气体增压机对气体进行加压，并将加压后的气体存储于高压气体缓冲罐中；

s104：通过第一压力表监测气体增压机及高压气体缓冲罐之间的第一气压；当第一气压到达第一预设压力值后，关闭第一阀门；

s105：依次缓慢开启第四阀门及第二阀门，高压气体缓冲罐将加压后的气体缓慢输送到高压样品检测容器；

s106：通过第二压力表监测高压气体缓冲罐与高压样品检测容器之间的第二气压；当第二气压到达第二预设压力值后，关闭第二阀门；

s107：排空高压样品检测容器内的气体，并依次取出各待测样品计算各待测样品的含气饱和度。

具体实施时，首先从岩心采集机(钻头规格直径φ25mm或φ38mm)和岩心切磨机处理好的待测岩心样品(待测岩心样品的直径φ25mm或φ38mm，待测岩心样品的长度l＜100mm)烘干后，称取各岩心样品即待测样品17的干样重量g干，然后进行饱和水(与传统测量的前处理是一样的)，将饱和水后的岩心样品(以下简称待测样品17)取出称得其重量，记录下每个样品的饱和水后样品的重量g饱和水。

其次在实验之前确保第三阀门处于关闭状态，其他容器为常压。然后将待测样品17迅速放入高压样品检测容器4的样品筛43中码好，待测样品17分开放置以保留样品之间有一定的空间，然后盖严样品室上盖41，关上第四阀门14及第五阀门16。

再次，关闭第二阀门10和打开第一阀门9，然后缓慢的打开第三阀门13，使气瓶1中的氮气缓慢输出到气体增压机2中，启动气体增压机2将氮气加压到第一预设压力值(即测试所需的压力范围)，并将加压后的氮气存储于高压气体缓冲罐3中，关闭第一阀门9，然后缓慢开启第四阀门14，再缓慢开启第二阀门10，将加压后的氮气往高压气体缓冲罐3中输出到高压样品检测容器4，观察第二压力表11的数据，直至达到第二预设压力值(即测试的压力点数值)，待第二压力表11的数据平稳一定时间后再关闭第二阀门10，使高压样品检测容器4处于密闭状态。

测试完成后，打开第五阀门16排空检测容器4中的氮气，逐个取出待测样品17并用电子天平称依次称取并记录各待测样品17在第二压力表11记录的当前压力点的待测样品17的驱水后样品重量g驱水，根据岩石含气饱和度计算原理，采用气驱水方法计算出在第二压力表11记录的当前压力点的各待测样品17的含气饱和度sg，其中，含气饱和度sg的计算公式如公式(1)所示：

sg＝100×(g饱和水－g驱水)/(g饱和水－g干)

其中，sg为当前压力点的各待测样品17的含气饱和度，单位为％，g饱和水为各待测样品17饱和水后的样品重量，单位为g，g驱水为各待测样品17的驱水后样品重量，单位为g，g干为岩待测样品17的干样重量，单位为g。

最后，再将待测样品17放入样品室，开启第二阀门10，再测量另一压力点的含气饱和度。多压力点的含气饱和度的测定由低压至高压逐次重复前一压力点的操作。

本发明提供的一种岩石含气饱和度测定系统及方法，包括：气瓶、气体增压机、高压气体缓冲罐、高压样品检测容器、设置于气体增压机与高压气体缓冲罐之间的第一高压管线上的第一阀门及第一压力表以及设置于高压气体缓冲罐与高压样品检测容器之间的第二高压管线上的第二阀门及第二压力表；气瓶通过第三高压管线将气瓶的出气孔与气体增压机的进气孔连通，用于向气体增压机输送存储的气体；气体增压机通过第一高压管线将气体增压机的出气孔与高压气体缓冲罐的进气孔连通，用于对接收的气体进行加压并将加压后的气体输送到高压气体缓冲罐；高压气体缓冲罐通过第二高压管线将高压气体缓冲罐的出气孔与高压样品检测容器的进气孔连通，用于将接收的加压后的气体输送到高压样品检测容器；高压样品检测容器，用于放置待测样品及接收加压后的气体。本发明采用传统物理模拟实验现有设备进行组合，具有可以满足不同深度的压力范围的模拟、支持一次放入多个待测样品、管线连接简单及提高测试效率的有益效果。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。