低渗致密岩石比热容参数的测量装置的制作方法

本发明涉及测量技术领域，尤指一种低渗致密岩石比热容参数的测量装置。

背景技术：

温度试井是一种反演复杂油气藏参数的重要手段，其在非常规油气藏、地热资源等方面均得到了广泛应用。而要进行温度测试的前提是要准确确定生产井井底温度分布。因此准确测定岩石的比热容性质是对生产井进行温度测试的基础。

现有的低渗致密岩石比热容性质测量方案多是非稳态测量；一般是将待测岩样切成大块，或者制作成直径大于50mm的圆柱体，低渗致密岩样的测量表面由人工打磨光滑，然后将感应片紧贴岩样的测量表面。通过感应片对岩样加热，然后感应片监测岩样的测量表面的温度变化，进而计算得到低渗致密岩样的比热容的相关参数。

上述方案中，由于岩样的测量表面的光滑程度直接影响感应片与岩样的紧贴程度，进而影响感应片向测量表面的传热过程，由此造成测量误差；另外，由于各项异性是所有低渗致密岩石的共性，上述方案实际测得的是岩样的测量表面上的比热容参数。因此，现有的测量方案中，岩样的形态、测量表面的光滑度等不确定因素，都会影响最终的测量结果，进而加大测量结果的误差。

技术实现要素：

为解决目前低渗致密岩石比热容参数测量存在的测量不准确、误差大等问题，本发明提供一种低渗致密岩石比热容参数的测量装置，包括：控制器和壳体，以及设置在所述壳体内的第一腔体、第二腔体、温度感应器及设置于所述第一腔体与所述第二腔体之间的隔热阀门；其中，所述第一腔体与所述第二腔体内部充满相同的流体介质；

待测岩样放置在所述第一腔体内部的流体介质中；所述第一腔体内设置有加热器，用于将所述第一腔体内部的流体介质加热至预设温度；

所述控制器分别连接所述加热器和所述隔热阀门，用于在所述加热器开始加热之前，控制关闭所述隔热阀门，以及在所述第一腔体内部的流体介质加热至所述预设温度后，控制打开所述隔热阀门；

所述温度感应器连接所述控制器，用于在所述第一腔体内部的流体介质加热至所述预设温度时，采集所述第二腔体内部的流体介质的初始温度，并在所述隔热阀门打开后，采集所述第二腔体内部的流体介质的稳定温度，将所述初始温度和所述稳定温度发送至所述控制器；

所述控制器根据所述初始温度、所述稳定温度、所述预设温度以及所述流体介质确定所述待测岩样的比热容参数。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器包括：第一计算单元，用于根据所述预设温度和所述稳定温度计算在所述隔热阀门打开后所述第一腔体内的流体介质的第一热量变化量；第二计算单元，用于根据所述初始温度和所述稳定温度计算在所述隔热阀门打开后所述第二腔体内的流体介质的第二热量变化量；确定单元，分别连接所述第一计算单元和所述第二计算单元，所述确定单元用于接收所述第一计算单元发送的所述第一热量变化量和所述第二计算单元发送的所述第二热量变化量，并根据所述第一热量变化量和所述第二热量变化量以及所述流体介质的比热参数确定所述待测岩样的比热容参数。

可选的，在本发明一实施例中，所述控制器包括：预控制单元，所述预控制单元连接所述隔热阀门，用于在所述加热器开始加热之前，打开所述隔热阀门，以使所述第一腔体内部的流体介质与所述第二腔体内部的流体介质具有相同的温度。

可选的，在本发明一实施例中，所述壳体内设置有隔热层，所述隔热层分别包围所述第一腔体与所述第二腔体，用于隔绝所述第一腔体与所述第二腔体之间的温度，以及隔绝所述第一腔体、所述第二腔体与所述壳体外部的温度。

可选的，在本发明一实施例中，所述隔热层为氨酯发泡材料。

可选的，在本发明一实施例中，所述流体介质为气体。

可选的，在本发明一实施例中，所述待测岩样的形状为片状。

可选的，在本发明一实施例中，所述第一腔体与所述第二腔体均为密封绝热腔体。

可选的，在本发明一实施例中，还包括：流体容置瓶；所述流体容置瓶连接至所述第二腔体，用于向所述第二腔体内部充入所述流体介质。

可选的，在本发明一实施例中，所述第一腔体上设置有腔室门。

本发明提供的低渗致密岩石比热容参数的测量装置，通过在壳体内设置密封绝热的第一腔体、第二腔体和温度感应器，并在所述第一腔体与所述第二腔体内部充满相同的流体介质；然后通过设置在第一腔体内部的加热器对放置在所述第一腔体内部的流体介质中的待测岩样进行加热。所述第一腔体与所述第二腔体之间设置有隔热阀门，所述控制器分别连接所述加热器和所述隔热阀门；所述控制器用于在所述加热器开始加热之前，控制关闭所述隔热阀门，并在所述第一腔体内部的流体介质加热至所述预设温度后，控制打开所述隔热阀门；所述温度感应器连接所述控制器，在所述第一腔体内部的流体介质加热至所述预设温度时后，采集所述第二腔体内部的流体介质的初始温度，并在所述隔热阀门打开后，采集所述第二腔体内部的流体介质的稳定温度，控制器根据所述初始温度、所述稳定温度、所述预设温度以及所述流体介质确定所述待测岩样的比热容参数。如此，通过监测两个腔体内部流体介质的温度变化，结合流体介质的属性参数，即可间接计算得到待测岩样的比热容参数，与现有的直接采用感应片测量的方式相比，不需要选择和处理测量表面，避免了测量表面不稳定带了的测量误差，提高了低渗致密岩石比热容参数测量的精度。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一示例性实施例示出的低渗致密岩石比热容参数的测量装置的结构图；

图2为本发明另一示例性实施例示出的低渗致密岩石比热容参数的测量装置的结构图；

附图标记：

1-橡胶脚架，2-金属盒，3-氨酯发泡材料，4-隔热阀门，5-岩样腔，6-待测岩样，7-耐热细线，8-加热电阻丝，9-腔室门，10-数据线，11-装置门，12-铰链，13-计算机，14-温度感应器，15-气体腔，16-第一管线，17-进气阀，18-放气阀，19-第二管线，20-流体容置瓶。

具体实施方式

本发明实施例提供一种低渗致密岩石比热容参数的测量装置。

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作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。

如图1所示为本发明一示例性实施例示出的岩石比热容参数的测量装置的结构图。图中所示装置包括：控制器200和壳体100，以及设置在所述壳体内的第一腔体110、第二腔体120、温度感应器130及设置于所述第一腔体与所述第二腔体之间的隔热阀门140；其中，所述第一腔体与所述第二腔体内部充满相同的流体介质；

待测岩样放置在所述第一腔体内部的流体介质中；所述第一腔体内设置有加热器，用于将所述第一腔体内部的流体介质加热至预设温度；

所述控制器分别连接所述加热器和所述隔热阀门，用于在所述加热器开始加热之前，控制关闭所述隔热阀门，以及在所述第一腔体内部的流体介质加热至所述预设温度后，控制打开所述隔热阀门；

所述温度感应器连接所述控制器，用于在所述第一腔体内部的流体介质加热至所述预设温度时，采集所述第二腔体内部的流体介质的初始温度，并在所述隔热阀门打开后，采集所述第二腔体内部的流体介质的稳定温度，将所述初始温度和所述稳定温度发送至所述控制器；

所述控制器根据所述初始温度、所述稳定温度、所述预设温度以及所述流体介质确定所述待测岩样的比热容参数。

作为本发明一实施例，所述控制器包括：第一计算单元，用于根据所述预设温度和所述稳定温度计算在所述隔热阀门打开后所述第一腔体内的流体介质的第一热量变化量；第二计算单元，用于根据所述初始温度和所述稳定温度计算在所述隔热阀门打开后所述第二腔体内的流体介质的第二热量变化量；确定单元，分别连接所述第一计算单元和所述第二计算单元，所述确定单元用于接收所述第一计算单元发送的所述第一热量变化量和所述第二计算单元发送的所述第二热量变化量，并根据所述第一热量变化量和所述第二热量变化量以及所述流体介质的比热参数确定所述待测岩样的比热容参数。

作为本发明一实施例，所述控制器包括：预控制单元，所述预控制单元连接所述隔热阀门，用于在所述加热器开始加热之前，打开所述隔热阀门，以使所述第一腔体内部的流体介质与所述第二腔体内部的流体介质具有相同的温度。

作为本发明一实施例，所述壳体内设置有隔热层，所述隔热层分别包围所述第一腔体与所述第二腔体，用于隔绝所述第一腔体与所述第二腔体之间的温度，以及隔绝所述第一腔体、所述第二腔体与所述壳体外部的温度。

在本实施例中，所述隔热层为氨酯发泡材料。

作为本发明一实施例，所述流体介质为气体。

作为本发明一实施例，所述待测岩样的形状为片状。

作为本发明一实施例，所述第一腔体与所述第二腔体均为密封绝热腔体。

作为本发明一实施例，还包括：流体容置瓶；所述流体容置瓶连接至所述第二腔体，用于向所述第二腔体内部充入所述流体介质。

作为本发明一实施例，所述第一腔体上设置有腔室门。

在本发明一具体实施例中，如图1所示，本实施例提供一种岩石比热容参数的测量装置，该装置包括：控制器200和壳体100，以及设置在壳体100内的第一腔体110、第二腔体120和温度感应器130；第一腔体110与第二腔体120均为密封绝热腔体；第一腔体110与第二腔体120内部充满相同的流体介质；其中，待测岩样放置在第一腔体110内部的流体介质中；第一腔体110内设置有加热器111，用于将第一腔体110内部的流体介质加热至预设温度；第一腔体110与第二腔体120之间设置有隔热阀门140，控制器200分别连接加热器111和隔热阀门140；控制器200用于在加热器111开始加热之前，控制关闭隔热阀门140；控制器200还用于在第一腔体110内部的流体介质加热至预设温度后，控制打开隔热阀门140；温度感应器130连接控制器200，用于在第一腔体110内部的流体介质加热至预设温度时，采集第二腔体120内部的流体介质的初始温度，并在隔热阀门140打开后，采集第二腔体120内部的流体介质的稳定温度，将初始温度和稳定温度发送至控制器200；控制器200还用于接收温度感应器130发送的初始温度和稳定温度，并根据初始温度、稳定温度、预设温度以及流体介质确定待测岩样的比热容参数。

本实施例提供的岩石比热容参数的测量装置，通过在壳体100内设置密封绝热的第一腔体110、第二腔体120和温度感应器130，并在第一腔体110与第二腔体120内部充满相同的流体介质；然后通过设置在第一腔体110内部的加热器111对放置在第一腔体110内部的流体介质中的待测岩样进行加热。第一腔体110与第二腔体120之间设置有隔热阀门140，控制器200分别连接加热器111和隔热阀门140；控制器200用于在加热器111开始加热之前，控制关闭隔热阀门140，并在第一腔体110内部的流体介质加热至预设温度后，控制打开隔热阀门140；温度感应器130连接控制器200，在第一腔体110内部的流体介质加热至预设温度后，并且隔热阀门140打开之前，温度感应器130采集第二腔体120内部的流体介质的初始温度，并在隔热阀门140打开后，采集第二腔体120内部的流体介质的稳定温度，控制器200根据初始温度、稳定温度、预设温度以及流体介质确定待测岩样的比热容参数。如此，通过监测两个腔体内部流体介质的温度变化，结合流体介质的属性参数，即可间接计算得到待测岩样的比热容参数，与现有的直接采用感应片测量的方式相比，不需要选择和处理测量表面，避免了测量表面不稳定带了的测量误差，提高了岩石比热容参数测量的精度。并且，该装置对待测岩样的形状和尺寸没有要求，适用性强且操作简单，提高了岩石比热容测量过程的便捷性。

图2为本发明另一示例性实施例示出的岩石比热容参数的测量装置的结构图。

如图2所示，本实施例提供一种岩石比热容参数的测量装置，是在本发明一示例性实施例示出的岩石比热容参数的测量装置的基础上，还包括了控制器的具体组成单元、隔热层、流体容置瓶20、腔室门9等。该装置具体包括：

控制器和壳体，以及设置在壳体内的第一腔体、第二腔体和温度感应器；。第一腔体与第二腔体均为密封绝热腔体；第一腔体与第二腔体内部充满相同的流体介质；其中，待测岩样6放置在第一腔体内部的流体介质中；第一腔体内设置有加热器，用于将第一腔体内部的流体介质加热至预设温度；第一腔体与第二腔体之间设置有隔热阀门4，控制器分别连接加热器和隔热阀门4；控制器用于在加热器开始加热之前，控制关闭隔热阀门4；控制器还用于在第一腔体内部的流体介质加热至预设温度后，控制打开隔热阀门4；温度感应器连接控制器，用于在第一腔体内部的流体介质加热至预设温度时，采集第二腔体内部的流体介质的初始温度，并在隔热阀门4打开后，采集第二腔体内部的流体介质的稳定温度，将初始温度和稳定温度发送至控制器；控制器还用于接收温度感应器发送的初始温度和稳定温度，并根据初始温度、稳定温度、预设温度以及流体介质确定待测岩样6的比热容参数。

在本实施例中，通过在壳体内设置密封绝热的第一腔体、第二腔体和温度感应器，并在第一腔体与第二腔体内部充满相同的流体介质；然后通过设置在第一腔体内部的加热器对放置在第一腔体内部的流体介质中的待测岩样6进行加热。第一腔体与第二腔体之间设置有隔热阀门4，控制器分别连接加热器和隔热阀门4；控制器用于在加热器开始加热之前，控制关闭隔热阀门4，并在第一腔体内部的流体介质加热至预设温度后，控制打开隔热阀门4；温度感应器连接控制器，在第一腔体内部的流体介质加热至预设温度后，温度感应器采集第二腔体内部的流体介质的初始温度，并在隔热阀门4打开后，采集第二腔体内部的流体介质的稳定温度，控制器根据初始温度、稳定温度、预设温度以及流体介质确定待测岩样6的比热容参数。如此，通过监测两个腔体内部流体介质的温度变化，结合流体介质的属性参数，即可间接计算得到待测岩样6的比热容参数，与现有的直接采用感应片测量的方式相比，不需要选择和处理测量表面，避免了测量表面不稳定带了的测量误差，提高了岩石比热容参数测量的精度。并且，该装置对待测岩样6的形状和尺寸没有要求，适用性强且操作简单，提高了岩石比热容测量过程的便捷性。

具体地，如图2所示，金属盒2可以是金属材质，比如图2中的厚金属盒2，在金属盒2底部可以设置有橡胶脚架11，用于支撑和固定整个装置。可选地，金属盒2内设置有隔热层，隔热层分别包围第一腔体与第二腔体，用于隔绝第一腔体与第二腔体之间的温度，以及隔绝第一腔体、第二腔体与金属盒2外部的温度。隔热层可以为氨酯发泡材料3，氨酯发泡材料3隔热性好，取材成本低，有利于大量待测岩样6的比热容参数测量。因此，可以在金属盒2内部隔层间充填氨酯发泡材料，起到与外界的隔热作用，并且对第一腔体和第二腔体之间进行隔热。

可选地，流体介质可以为气体，比如二氧化碳气体，气体流动性好，取材方便，能量交换性质稳定，可以提供较为精确的温度变化参数。以流体介质为气体为例，该装置内部左侧的第一腔体是岩样腔5，右侧的第二腔体是气体腔15。连接两个腔体的是隔热阀门4，隔热阀门4关闭时能够隔绝两个腔体内部的气体，并有绝热作用阻止两腔体的热量传递。温度感应器14可以包括两个温度测量探头，分别设置在两个腔体内部。温度感应器14可以实时测量两个腔体内部的温度，其测量数据可以由数据线10传送至控制器进行数据处理，控制器可以是电脑，通过电脑屏幕可以显示测量数据。

可选地，待测岩样6的形状为片状。比如，将待测岩样6处理成厚片状，有利于待测岩样6与周围的流体介质进行热量交换。

可选地，加热器为加热电阻丝8。如图2所示，在岩样腔5内装有加热电阻丝8，待测岩样6被耐热细线7悬挂吊在岩样腔5内。

可选地，第一腔体上设置有腔室门9。如图2所示，岩样腔5上部是腔室门9，便于打开腔室放取岩样6，也可以用来固定耐热细线7的上端。

可选地，该装置还可以包括：装置门11，装置门11设置在岩样腔5上侧。如图2所示，装置门11在该装置的左上方，铰链12用于固定装置门11，同时方便打开门。

可选地，还包括：流体容置瓶20；流体容置瓶20连接至第二腔体，用于向第二腔体内部充入流体介质。具体地，如图2所示，第二腔体可以使气体腔15，,在气体腔15的右上侧，可以用第一管线19与外界联通，在经过隔热层时，安装一个放气阀18，放气阀18关闭时，可以隔绝气体腔15中与外界的物质和能量的交换。同时气体腔15也用第二管线16与流体容置瓶20相连接，可以在第二管线16上安装进气阀17，用于控制流体容置瓶20向气体腔15内部充入流体介质的开关。

可选地，控制器还包括：预控制单元，预控制单元连接隔热阀门4，用于在加热电阻丝8开始加热之前，打开隔热阀门4，以使第一腔体内部的流体介质与第二腔体内部的流体介质具有相同的温度。

在本实施例中，为了保证温度转换和测量过程的准确性，可以在加热电阻丝8开始加热之前，首先让气体腔15(第二腔体)和岩样腔5(第一腔体)中保持相同的温度。在实际应用中，如图2所示，首先将待测岩样6利用耐热细线7固定在腔室门9上，以使待测岩样6悬挂在岩样腔5中。假设流体容置瓶20中盛放的是二氧化碳气体，在加热电阻丝8开始加热之前，打开放气阀18，打开隔热阀门4，之后，气体腔15和岩样腔5内部会充满相同的空气。然后打开进气阀17，使得二氧化碳气体驱替出气体腔15和岩样腔5内部空气，待空气驱替完毕后，气体腔15和岩样腔5内部会充满二氧化碳气体，且温度相同。然后再关闭放气阀18和进气阀17，并在加热电阻丝8开始加热之前关闭隔热阀门4。

可选地，控制器包括：第一计算单元，用于根据预设温度和稳定温度计算在隔热阀门4打开后第一腔体内的流体介质的第一热量变化量；第二计算单元，用于根据初始温度和稳定温度计算在隔热阀门4打开后第二腔体内的流体介质的第二热量变化量；确定单元，确定单元分别连接第一计算单元和第二计算单元，确定单元用于接收第一计算单元发送的第一热量变化量和第二计算单元发送的第二热量变化量，并根据第一热量变化量和第二热量变化量以及流体介质的比热参数确定待测岩样6的比热容参数。

在本实施例中，控制器可以用于数据处理和设备控制。该控制器至少包括：第一计算单元、第二计算单元和确定单元，其中，第一计算单元计算在隔热阀门4打开后第一腔体内的流体介质的第一热量变化量；第二计算单元，用于计算在隔热阀门4打开后第二腔体内的流体介质的第二热量变化量；确定单元，分别连接第一计算单元和第二计算单元，并根据第一热量变化量和第二热量变化量以及流体介质的比热参数确定待测岩样6的比热容参数。

在实际应用中，如图2所示，控制器可以采用计算机13来实现，比如可以采用笔记本电脑等。在气体腔15和岩样腔5内部充满二氧化碳气体，且温度相同，并且关闭放气阀18和进气阀17、关闭隔热阀门4后，通过计算机13打开加热电阻丝8，利用加热电阻丝8对岩样腔5进行加热至预设温度。待岩样腔5内温度稳定后，关闭加热电阻丝8。然后，温度感应器14测量此时第二腔体内部的流体介质的温度作为初始温度，并将该初始温度发送给计算机13。之后，计算机13控制隔热阀门4打开，使气体腔15和岩样腔5进行热流量传递，待两个腔体内温度稳定后，温度感应器14测量稳定后的最终温度作为稳定温度，并将该稳定温度发送给计算机13。计算机13采用如下方法计算待测岩样6的比热容参数：

首先获取二氧化碳气体的比热容参数cg，岩样腔5中二氧化碳气体的体积vg1，待测岩样6的体积v2，气体腔15中的二氧化碳气体体积vg2。上述数据的获取方式可以本地获取，也可以通过网络在服务器获取，本实施例对此不做限定。

然后，第一计算单元采用如下公式计算第一热量变化量

公式一：q1＝cg×vg1×(t1-t3)

第二计算单元采用如下公式计算第二热量变化量

公式二：q2＝cg×vg2×(t3-t2)

则待测岩样6的热量变化量为

公式三：q3＝c0×v2×(t1-t3)

而根据实际场景满足公式四：q2＝q1+q3，

其中，c0表示待测岩样6的比热容参数，q1表示第一热量变化量，q2表示第二热量变化量，q3表示待测岩样6的热量变化量，t1表示预设温度，t2表示初始温度，t3表示稳定温度。联立上述公式一至公式四，即可计算得到待测岩样6的比热容参数c0。

本实施例提供的低渗致密岩石比热容参数的测量装置，通过在金属盒2内设置密封绝热的气体腔15和岩样腔5和温度感应器，并在气体腔15和岩样腔5内部充满相同的气体介质；然后通过设置在岩样腔5内部的加热电阻丝8对放置在岩样腔5内部的气体介质中的待测岩样6进行加热。岩样腔5与气体腔15之间设置有隔热阀门4，计算机13分别连接加热电阻丝8和隔热阀门4；计算机13用于在加热电阻丝8开始加热之前，控制关闭隔热阀门4，并在岩样腔5内部的气体介质加热至预设温度时，控制打开隔热阀门4；温度感应器连接计算机13，在岩样腔5内部的气体介质加热至预设温度后，采集气体腔15内部的气体介质的初始温度，并在隔热阀门4打开后，采集气体腔15内部的气体介质的稳定温度，计算机13根据初始温度、稳定温度、预设温度以及气体介质确定待测岩样6的比热容参数。如此，通过监测两个腔体内部气体介质的温度变化，结合气体介质的属性参数，即可间接计算得到待测岩样6的比热容参数，与现有的直接采用感应片测量的方式相比，不需要选择和处理测量表面，避免了测量表面不稳定带了的测量误差，提高了低渗致密岩石比热容参数测量的精度。并且，该装置对待测岩样6的形状和尺寸没有要求，适用性强且操作简单，提高了低渗致密岩石比热容测量过程的便捷性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。