高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油气勘探技术领域，特别涉及一种高温高压下岩石中烃类扩散系数自 动检测的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 扩散是指烃类气体在浓度梯度的作用下，气体分子从高浓度区通过各种介质向低 浓度区自由迀移达到平衡的一种物理过程。扩散作用是油气运移的重要机理之一，它对于 油气，特别是天然气（因为天然气的分子小、重量轻、活动性强，因此在地下具有较强的扩 散性）的运移、聚集、成藏、保存和破坏起至关重要的作用。
[0003] 对于已经聚集的油气藏，除盖层自身封闭能力以及断层的影响外，盖层岩石对于 烃类的扩散能力也是影响油气藏后期改造、破坏的最重要因素。然而，除了作为常规传统的 破坏因素，扩散在天然气运移、聚集和成藏过程也可能产生积极作用和贡献，尤其在非常规 致密砂岩、页岩气等领域。扩散系数作为描述天然气通过岩石扩散速度快慢的重要评价参 数，是天然气扩散充注量和散失量计算中必不可少的重要参数。
[0004]目前，实验室中一般采用间接方式来测定扩散系数，例如：先测定一定时间内样品 的扩散量或扩散浓度，然后再根据这些实测值通过某种方法确定或求得扩散系数值。然而， 通过这种方式测定的扩散系数由于受到实验温压条件及地质时间的限制，与实际的地质条 件下岩石真正的扩散能力存在偏差，而且在地质时期中随着埋深增加、压实成岩作用增强， 天然气的扩散系数在不同地质时期也是不同的。进一步的，最大程度接近实际地质高温高 压条件测定岩石烃类的扩散系数，对于准确评价岩石中烃类扩散能力，评估天然气扩散充 注量和扩散散失量，开展常规、非常天然气的运移、聚集、成藏及保存研究及资源评价都具 有极其重要的作用。
[0005] 目前，对于岩石中烃类气体扩散系数的求取方法已有一些行业标准，一般采用如 图1所示测定装置进行扩散系数的测定，在图1，1和3表示取样阀，2表示岩心夹持器，4表 示恒温箱，5、7、8、9、12和13表示截止阀，6表示压差传感器，10和11表示压力表，14和15 表示三通阀，16表示围压跟踪栗，17表示真空栗，18表示经类气源，19表示氮气气源，20表 示气相色谱仪。具体的，通过手动控制阀门取气进气相色谱仪20或者直接采用排水法取气 再进气相色谱仪20的方式。
[0006] 然而，考虑到烃类气体和氮气在水中都具有一定的溶解度，排水取气法可能造成 扩散初始阶段检测不到烃类气体浓度的变化，从而推迟扩散开始的时间导致最终扩散系数 值变小；而由于色谱检测需要的气量很小，人工控制阀门取气容易造成取气量偏大从而使 扩散室内压力损失大而达不到实验条件的需求。进一步的，人工控制的方式还会造成两扩 散室的压力不平衡，从而导致气体是由压力差突破样品而不是由浓度差扩散过去，从而使 得测定结果偏大。且人工控制的方式要求操作人员每隔一段时间取气一次，不仅工作量大 还容易因手工操作带来一定的分析误差。
[0007] 针对上述确定的扩散系数不准确的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案，因 此有必要对现有设备进行改造以克服装置的局限。
【发明内容】
[0008] 本发明实施例提供了一种高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的装置，以达 到准确测定扩散系数的目的，该装置包括：
[0009] 第一高压腔1、第一低压腔3、第一气动执行器2、第二气动执行器4、第二高压腔8、 第二低压腔9、第三气动执行器10、第四气动执行器11、第一自动六通阀5、第二自动六通阀 14、气相色谱检测仪7、左扩散室12和右扩散室13,其中：
[0010] 所述第一高压腔1通过第一连接管线与所述左扩散室12相连，所述第一气动执行 器2连接在所述第一连接管线上，所述第一气动执行器2用于对所述第一高压腔1与所述 左扩散室12之间的连通性进行控制；
[0011] 所述第一高压腔1通过第二连接管线与所述第一低压腔3相连，所述第二气动执 行器4连接在所述第二连接管线上，所述第二气动执行器4用于对所述第一高压腔1与所 述第一低压腔3之间的连通性进行控制；
[0012] 所述第二高压腔8通过第三连接管线与所述右扩散室13相连，所述第三气动执行 器10连接在所述第三连接管线上，所述第三气动执行器10用于对所述第二高压腔8与所 述右扩散室13之间的连通性进行控制；
[0013] 所述第二高压腔8通过第四连接管线与所述第二低压腔9相连，所述第四气动执 行器11连接在所述第四连接管线上，所述第四气动执行器11用于对所述第二高压腔8与 所述第二低压腔9之间的连通性进行控制；
[0014] 所述第一自动六通阀5,与所述第一低压腔3和所述气相色谱检测仪7相连，所述 第二自动六通阀14,与所述第二低压腔9和所述气相色谱检测仪7相连，所述第一自动六通 阀5用于定量收集所述第一低压腔3中的气体，所述第二自动六通阀14用于定量收集所述 第二低压腔9中的气体，并将收集的气体导入所述气相色谱检测仪7中进行检测。
[0015] 本发明实施例还提供了一种通过上述高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测 的装置进行扩散系数自动检测的方法，以达到准确测定扩散系数的目的，该方法包括：
[0016] 在一侧的扩散室中注入待测烃类气体，在另一侧扩散室中注入氮气，开启第一气 动执行器控制第一高压腔与左扩散室连通，开启第三气动执行器控制第二高压腔与右扩散 室连通；
[0017] 在预定时间后，关闭第一气动执行器和第三气动执行器，开启第二气动执行器控 制第一高压腔与第一低压腔连通，开启第四气动执行器控制第二高压腔与第二低压腔连 通；
[0018] 通过第一自动六通阀和第二自动六通阀控制所述第一低压腔和所述第二低压腔 中的气体定量导入气相色谱检测仪中进行检测。
[0019] 在本发明实施例中，提供了一种高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的装 置，该装置包括：高压腔、低压腔、气动执行器、自动六通阀和气相色谱检测仪等，通过该测 定装置可以实现自动取气，从而解决了现有技术操作繁琐，扩散系数测定不准确的技术问 题，达到了有效提供扩散系数测定结果准确性的技术效果。
【附图说明】
[0020] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：
[0021] 图1是现有技术中的岩石中烃类扩散系数测定装置的结构示意图；
[0022] 图2是根据本发明实施例的高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的装置的 结构示意图；
[0023] 图3是根据本发明实施例的自动六通阀的结构示意图；
[0024] 图4是通过本发明实施例提供的高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的装 置进行扩散参数自动检测的方法流程图。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对 本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并 不作为对本发明的限定。
[0026] 发明人考虑到，可以对现有的岩石中烃类扩散系数测定装置进行改进，以使得其 可以自动取气并且可以将色谱定量后的多余气体回注，从而克服现有的岩石中烃类扩散 系数测定装置的局限。为此，提出了一种岩石中烃类扩散系数测定高温高压下岩石中烃类 扩散系数自动检测的装置，高压腔、低压腔、气动执行器a(第一气动执行器）、气动执行器 b (第二气动执行器）各为两套，可替换高温高压岩石扩散系数测定装置中的手动取气部 分，这两套分别与岩心夹持器两侧的扩散室（左扩散室和右扩散室）相连接。高压腔、低压 腔和扩散室之间的连接管线上设置气动执行器来控制二者之间的连通性，其中，低压腔与 高压腔相连，高压腔还与扩散室相连。自动六通阀与低压腔相连，用于定量收集低压腔内的 气体并导入气相色谱检测仪。
[0027] 具体地，如图2所示，该高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的装置包括：第 一高压腔1、第一低压腔3、第一气动执行器2、第二气动执行器4、第二高压腔8、第二低压腔 9、第三气动执行器10、第四气动执行器11、第一自动六通阀5、第二自动六通阀14、气相色 谱检测仪7、左扩散室12和右扩散室13,其中：
[0028] 第一高压腔1通过第一连接管线与左扩散室12相连，第一气动执行器2连接在第 一连接管线上，第一气动执行器2用于对第一高压腔1与左扩散室12之间的连通性进行控 制；
[0029] 第一高压腔1通过第二连接管线与第一低压腔3相连，第二气动执行器4连接在 第二连接管线上，第二气动执行器4用于对第一高压腔1与第一低压腔3之间的连通性进 行控制；
[0030] 第二高压腔8通过第三连接管线与右扩散室13相连，第三气动执行器10连接在 第三连接管线上，第三气动执行器10用于对第二高压腔8与右扩散室13之间的连通性进 行控制；
[0031] 第二高压腔8通过第四连接管线与第二低压腔9相连，第四气动执行器11连接在 第四连接管线上，第四气动执行器11用于对第二高压腔8与第二低压腔9之间的连通性进 行控制；
[0032] 第一自动六通阀，与第一低压腔3和气相色谱检测仪7相连，第二自动六通阀，与 第二低压腔9和气相色谱检测仪7相连，第一自动六通阀用于定量收集第一低压腔3中的 气体，第二自动六通阀14用于定量收集第二低压腔9中的气体，并将收集的气体导入气相 色谱检测仪7中进行检测。
[0033] 通过上述高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的装置可以有效解决现有高 温高压岩石中烃类扩散系数测定装置不能自动取气及回注的在线检测问题，可以实现设备 自动取气并联机在线检测，避免了人为操作带来的实验误差，同时也减少了操作人员的工 作量。该设备能够帮助准确高效地测定高温高压下岩石中烃类的扩散系数，为开展天然气 扩散充注量、散失量评价提供科学的数据支持，对盖层封闭机理研究和封气能力评价具有 重要意义，应用前景广阔。
[0034] 为了解决余气回注的问题，将经色谱定量后的剩余气体注回扩散室内，减小扩散 室内的压力损失，如图2所示，还可以在上述高温高压下岩石中烃类扩散系数自动检测的 装置中设置回注栗6,该回注栗6分别与第一低压腔3和第二低压腔9相连，用于将定量后 剩余的气体注回左扩散室12和右扩散室13。
[0035] 考虑到人为控制容易导致测量结果不准确，在本例中，通过控制器，对第一气动执 行器2、第二气动执行器4、第三气动执行器10、第四气动执行器11、第一自动六通阀5和第 二自动六通阀14进行集中控