专利名称：岩石物性参数测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种岩石物性参数测试装置，特别是对油气储层在常规和模拟地层压力条件下采用瞬时脉冲进行渗透率和孔隙度等物理性质测定和分析的装置。
在现有技术中，如国产的常规渗透率测试仪和由美国岩芯公司进口的3020－144型渗透率测试仪等，一般由岩芯夹持器和提供围压的液压源、提供岩芯孔隙压力(内力)的气压源以及测量压力和流量的测量系统所组成，在稳态情况(即压力不随时间变化)下，通过测量流体流经岩样的流量来测量渗透率。现行的这种测试装置的缺点在于测量是在低围压(1.2～1.4MPa)、低内压(0.8～1.0MPa)下用测量通过岩样的渗流介质的流量来进行渗透率的测定，对致密岩石的微小流量难以测量，致使所测定的渗透率的下限值不能低于10－5μm2；同时由于不能模拟地层压力，使其测出的结果与现场实际偏离很大；而且只能在稳态情况下进行测量，因而测量一块样品所需时间较长。
本实用新型的目的在于提供一种能够模拟地层压力并能测量低渗透储层岩石的渗透率和孔隙度的岩石物性参数测量装置。
为达到上述目的，本实用新型采用了以下方案在岩芯夹持器的上流，设置了能够储存脉冲压力、准确计量脉冲压力幅度的上流脉冲容器，在岩芯夹持器的下流设置了能够观测样品下流压力随时间变化的下流脉冲容器；液压源系采用高压计量泵，气压源采用高压气瓶；上流脉冲容器与高压气瓶通过管线、阀门联接，对岩芯提供模拟地层压力的内压；高压计量泵通过管线、阀门与岩芯夹持器联接，对岩芯提供模拟地层上覆压力的围压；在高压气瓶通向上流脉冲容器的管路上，并联有体积补偿器，用以在测量中、高渗透岩石时补充脉冲容器容积。在岩芯夹持器上，安装了压力传感器，用以反映围压的变化，在上流脉冲容器和下流脉冲容器上亦安装了压力传感器，它们可反映样品上流或下流压力的变化情况，上、下流脉冲容器上还安装了反映脉冲容器容积变化的位移传感器，通过信号转换系统，将所得数字信号输入计算机。
当一个脉冲信号作用于岩芯夹持器样品上部的上流脉冲容器内，孔隙流动介质在孔隙压力和脉冲压力驱动下穿过样品进入下流脉冲容器时，可测出样品上流或下流脉冲容器的压力随时间的变化特性，根据达西定理和流动介质的一维扩散方程建立的数字模型即可计算样品的渗透率；此外，还可根据玻一马定律建立的数学模型计算其孔隙度。
与已有测量装置相比，本实用新型的特点在于(1)由于该装置能模拟地层压力(围压可达60MPa，内压可达0～20MPa)，其渗透率和孔隙度值更接近于现场实际；(2)测试装置中设置了上、下流脉冲容器，利用岩样上、下流压力随时间的变化来测量渗透率，避免了常规方法测量微小流量的困难，因而可测量下限低到10－9μm2的渗透率；同时也避免了常规测量要求在稳态下测定而耗费时间长的缺点；而且采用计算机控制，测量精度高，测量速度快。与已有仪器相比，提高功效23倍左右。(3)该装置可对同一样品测量孔隙度和渗透率两个参数，克服了现行常规装置采用不同仪器、不同样品分别测试孔隙度与渗透率造成的数据相关性差的弊端，且缩短了分析周期。
如下图1是本装置的平面布置图；图2是脉冲容器(12)、(6)的剖视图；图3是岩芯夹持器(2)的剖视图。
以下结合附图说明本实用新型的最佳实施例。
图1示出了本装置的平面布置情况。岩芯夹持器(2)通过管线，阀门与高压计量泵(1)相联，由高压计量泵提供0～60.0MPa的围压；岩芯夹持器(2)两端分别通过管线、阀门与上流脉冲容器(12)下流脉冲容器(6)相联；上流脉冲容器(12)通过管线、阀门与高压气瓶(11)联接，由高压气瓶(11)提供0～20.0MPa的孔隙介质压力；在岩芯夹持器(2)侧面安装了压力传感器(3)，用以反映围压的变化；在上流脉冲容器(12)上安装了压力传感器(13)，下流脉冲容器(6)上安装了压力传感器(5)，它们可反映样品上流或下流压力的变化情况，上述三个传感器将采集到的信号经过信号转换后，分别在数字显示器(9)、(7)、(8)显示出来并输入计算机(10)进行控制和计算结果。在测量中、高渗透岩芯时，上流脉冲容器(12)与高压气瓶(11)的管路上并联安装了体积补偿容器(19)、(20)、(21)，视测量范围不同分别补充脉冲容器(12)的体积，体积补偿容器(19)、(20)、(21)的容积分别为20～40毫升，300～400毫升，800～1000毫升。
图2示出了上流脉冲容器(12)、下流脉冲容器(6)的结构。它由筒体(22)、活塞(23)、活塞杆(26)、上端盖(24)、下端盖(27)、手轮(28)、滑块(31)、导向杆(30)组成，活塞(23)上有一组密封环(25)，上端盖(24)、下端盖(27)通过螺纹与筒体(22)相联接；活塞杆(26)带有丝扣，与套环(32)的丝扣相配合，套环(32)与手轮(28)联接在一起，当转动手轮(28)时，即可使活塞杆(26)上、下移动，用以调节脉冲容器体积。脉容器筒体(22)的侧面安装了一个导向杆(30)，当手轮(28)带动套环(32)转动时，它可防止活塞(23)同时转动而导致密封环(25)损坏。在导向杆(30)上有一可移动的滑块(31)，其一端与活塞杆(26)相联，另一端与位移传感器(29)相联，当转动手轮(28)时，活塞杆(26)上、下移动，在滑块(31)的作用下，同时带动位移传感器(29)的铁芯移动，通过位移传感器的移动测出移动长度L，再根据容器直径算出所调的体积V。
当打开气源阀时，高压气瓶(11)供给的高压气体由孔(33)进入上流脉冲容器(12)，并流经岩芯夹持器(2)和下流脉冲容器(6)，接着关闭气源阀，使整个装置进入初始压力平衡态，压力传感器(13)、(5)计量并通过显示器(7)、(8)显示孔隙介质的初始压力，然后关闭脉冲阀(14)和连通阀(4)，打开气源阀，压力传感器(13)计量上流脉冲容器(12)的压力，待上流脉冲容器压力增加幅度为1.0～2.0MPa时，关闭气源阀，迅速打开脉冲阀(14)，上流脉冲容器即向岩芯夹持器(2)中的岩样(40)提供幅度为1.0～2.0MPa的脉冲压力。
图3示出了岩芯夹持器(2)的结构。筒体(39)的一端装有上端盖(42)、上端塞(43)，上端塞(43)朝向筒体(39)内腔的一端套有胶皮筒(41)，它用邵氏硬度为70～75的氯丁橡胶制成；筒体(39)的另一端装有下端盖(37)、下端塞(36)，下端塞(36)内装有滑套(35)；上端塞(43)上装有密封环(44)，下端塞(36)上装有密封环(46)，滑套(35)上装有密封环(47)，这样，在筒体(39)与胶皮筒(41)之间就形成了一个储存围压的环形空间。在胶皮筒(41)内，装入岩芯(40)和塞芯(38)，这样又形成了一个装有岩芯的内部空间。由高压计量泵(1)输来的高压液体通过孔(45)进入筒体(39)与胶皮筒(41)之间的环形空间时，就建立起了模拟地层上覆压力的围压，当由脉冲容器来的工作介质通过不锈钢管(34)进入岩芯时，就可建立起所需要的孔隙压力。滑动塞芯(38)，可调节岩芯的长度，以适应任何长度的岩芯。
下面简要说明该装置在测试岩石物性参数时的操作过程
(一)低渗透岩石物性参数的测试1.将处理好的待测样品装入岩芯夹持器的胶皮筒(41)中；2.施加所要求的岩石上覆压力(围压)；3.通过计算机键盘将基础参数输入计算机；4.按照测量要求正确设置各阀门及三通的通断位置；5.施加孔隙介质压力，经脉冲容器(12)穿过样品(40)进入下流脉冲容器(6)，使整个系统处于某一设定的平衡压力值。
6.孔隙度测试a、计算机显示并记录初始平衡压力；b、关闭连通阀(4)、脉冲阀(14)、关闭阀(15)、作用脉冲压力△P，计算机记录并显示此时脉冲容器压力值；c、打开脉冲阀(14)，视岩芯下流压力开始变化瞬间打开连通阀(4)，记录此刻新的平衡态压力值，并内存于计算机中待最后输出孔隙度计算结果。
7.渗透率的测试a、将测试系统调至所要求的平衡态，记录此时的平衡压力；b、关闭阀(14)和(4)，对岩样上流脉冲容器(12)施加1.0～2.0MPa的脉冲压力，然后打开阀(14)让脉冲压力作用于样品的上流端，几秒钟后(自动延时)由计算机控制进行采样；c、计算机以不同的时间间隔对岩样上、下流脉冲容器压力进行实时采样，记录并计算出渗透率值。
8.输出实测结果。
(二)、中、高渗透率岩石物性参数测试(1)测定1－30×10－3μm2渗透率岩芯时，打开阀(15)、(16)，其余步骤同1－8；(2)测定30－300×10－3μm2渗透率岩芯时，打开阀(15)、(17)，其余步骤同1－8；(3)测定300－1000×10－3μm2渗透率岩芯时，打开阀(15)、(18)，其余步骤同1－8。
权利要求1.一种岩石物性参数测试装置，包括岩芯夹持器(2)、对岩芯提供围压的液压源，对岩芯提供孔隙压力的气压源以及测量系统，其特征在于，在岩芯夹持器(2)的上流，设置了能够储存脉冲压力、准确计量脉冲压力幅度的上流脉冲容器(12)，在岩芯夹持器(2)的下流，设置了能够观测样品下流压力随时间变化的下流脉冲容器(6)，液压源系采用高压计量泵(1)，气压源采用高压气瓶(11)，上流脉冲容器(12)与高压气瓶(11)通过管线、阀门联接，对岩芯提供模拟地层压力的内压，高压计量泵(1)通过管线、阀门与岩芯夹持器(2)联接，对岩芯提供模拟地层上覆压力的围压，在高压气瓶(11)通向上流脉冲容器(12)的管路上，并联有体积补偿器(19)、(20)、(21)，用以在测量中、高渗透岩石时补充脉冲容器的容积，在岩芯夹持器(2)上，安装了压力传感器(3)，用以反映围压的变化，在上流脉冲容器(12)上安装了压力传感器(13)，下流脉冲容器(6)上安装了压力传感器(5)，它们可反映样品上流或下流压力的变化情况，上流脉冲容器(12)和下流脉冲容器(6)上还安装了反映脉冲容器容积变化的位移传感器(29)，通过信号转换系统，将所得数字信号输入计算机。
2.根据权利要求1所述的岩石物性参数测试装置，其特征在于，上流脉冲容器(12)和下流脉冲容器(6)，由筒体(22)、活塞(23)、活塞杆(26)、上端盖(24)、下端盖(27)、手轮(28)、滑块(31)、导向杆(30)组成，活塞(23)上有一组密封环(25)，上端盖(24)、下端盖(27)通过螺纹与筒体(22)联接，活塞杆(26)带有丝扣，与套环(32)的丝扣相配合，套环(32)与手轮(28)联接在一起，当转动手轮(28)时，即可使活塞杆(26)上、下移动，用以调节脉冲容器的体积。
3.根据权利要求2所述的岩石物性参数测试装置，其特征在于，脉冲容器筒体(22)的侧面安装了一个导向杆(30)，当手轮(28)带动套环(32)转动时，它可防止活塞(23)同时转动而导致密封环(25)损坏，在导向杆(30)上有一可移动的滑块(31)，其一端与活塞杆(26)相联，另一端与位移传感器(29)相联，当转动手轮(28)时，活塞杆(26)上、下移动，在滑块(31)的作用下，同时带动位移传感器(29)的铁芯移动，通过位移传感器的移动测出移动长度，从而计算出所调的体积。
4.根据权利要求1所述的岩石物性参数测试装置，其特征在于，体积补偿器(19)、(20)、(21)的容积依次为20～40毫升，300～400毫升，800～1000毫升。
5.根据权利要求1所述的岩石物性参数测试装置，其特征在于，岩芯夹持器(2)的筒体(39)的一端，装有上端盖(42)、上端塞(43)，上端塞(43)朝向筒体(39)内腔的一端套有胶皮筒(41)，它用邵氏硬度为70～75的氯丁橡胶制成，筒体(39)的另一端装有下端盖(37)、下端塞(36)，下端塞(36)内装有滑套(35)，上端塞(43)上装有密封环(44)，下端塞(36)上装有密封环(46)，滑套(35)上装有密封环(47)，这样，在筒体(39)与胶皮筒(41)之间就形成了一个储存围压的环形空间，在胶皮筒(41)内装入岩芯(40)和塞芯(38)，这样又形成了一个装有岩芯的内部空间。
专利摘要本实用新型涉及一种岩石物性参数测试装置，它由岩石夹持器(2)、上流脉冲容器(12)、下流脉冲容器(6)，提供岩芯围压的高压计量泵(1)，提供岩芯孔隙介质压力的高压气瓶(11)以及数据采集处理系统等组成。该装置可对同一样品测定渗透率和孔隙度，并能在模拟地层压力的条件下，利用岩样上流或下流压力随时间的变化来进行测量，避免了常规测量微小流量的困难，从而可测低渗致密岩石的渗透率。该装置测试迅速、准确、功效高。
文档编号G01N15/08GK2188205SQ9323943
公开日1995年1月25日 申请日期1993年10月22日 优先权日1993年10月22日
发明者高家碧, 易敏, 孙良田, 蒲正刚 申请人:西南石油学院