岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法
【技术领域】
[0001] 本发明有涉及一种岩石气体渗透率测试系统及方法，特别是一种岩石全自动气体 渗透率测试系统及测算方法。
【背景技术】
[0002] 渗透率表征了岩石空隙内流体的流动能力，是储层岩石的一个重要物性参数。
[0003] 目前常规的岩石渗透率测试方法有液体测量法和气体测量法，两种方法都是基于 Darcy定律。但气体测量法与液体测量法相比，动力粘度系数更小，相同条件下气体渗透率 测试时间更短，因此多采用惰性气体作为岩石渗透率测试介质。
[0004] 常用的渗透率测试方法主要为稳态法和压力脉冲法。压力脉冲法对压力表精度要 求较高，测试时间长，而对于中高渗岩样来说，采用稳态法测试岩石渗透率时间较短，因此 稳态法广泛用于石油工业渗透率测试。
[0005] 致密岩石由于其结构致密，较低渗透压力作用下导致流体流动速率小，使得通过 岩样的流量过小，普通岩石气体渗透率测试系统无法准确计量和测定气体流量，进而难以 准确测得渗透率。另一方面，已有的岩石气体渗透率测试装置自动化程度较低，多靠人为读 取压力表及流量计数据进而计算得到岩石渗透率，在耗费大量人力物力的同时，也影响了 试验结果的客观性。此外，现有岩石气体渗透率测试装置不能提供三轴压缩应力，无法全面 探究轴压、围压、静水压力及渗透压力对岩石渗透率的影响规律，这些都大大制约了稳态法 在致密岩石介质渗流规律研究中的应用。
【发明内容】
[0006] 发明目的，本发明的目的是要提供一种岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方 法，解决现有技术的测量压力范围小，试验周期长，测试精度差，测量结果客观性较低的问 题。
[0007] 技术方案，本发明的目的是这样实现的，岩石全自动气体渗透率测试系统包括:渗 流气体增压系统、三轴岩心夹持装置、恒速恒压栗加压装置、高/中/低出口气体流量计及数 据采集处理系统；
[0008] 空压机与渗流气体增压系统连接，氮气瓶通过控制阀与渗流气体增压系统连接， 渗流气体增压系统的输出通过缓冲容器同时与低压减压阀或高压减压阀连接，渗流气体增 压系统、空压机，氮气瓶通过控制阀输出氮气，加压后的氮气稳压存入缓冲容器中，通过低 压减压阀或高压减压阀调整至设定值；
[0009] 低压减压阀和高压减压阀分别与第一连通阀和第二连通阀连接，在低压减压阀、 高压减压阀和第一连通阀、第二连通阀之间连接有第一气体压力表与第二气体压力表，第 一连通阀、第二连通阀输出端与三轴岩心夹持装置连接，在第一连通阀、第二连通阀和三轴 岩心夹持装置之间连接有第一压力传感器，第一气体压力表与第二气体压力表实时显示压 力值，通过开关或闭合连通阀与将气体压力输送至三轴岩心夹持装置内，输入的渗透气体 压力由第一压力传感器实时传入数据采集处理系统；
[0010] 三轴岩心夹持装置内放置有待测岩心；
[0011] 恒速恒压栗能提供稳定的流体压力，恒速恒压栗通过围压阀与三轴岩心夹持装置 相连通，在围压阀与三轴岩心夹持装置之间连接有第二压力传感器，恒速恒压栗为待测岩 心施加围压，围压由第二压力传感器实时传入数据采集处理系统；
[0012] 恒速恒压栗通过轴压阀与三轴岩心夹持装置相连通，在轴压阀与三轴岩心夹持装 置之间连接有第三压力传感器;恒速恒压栗为待测岩心施加轴压，轴压由第三压力传感器 实时传入数据采集处理系统；
[0013] 三轴岩心夹持装置出口端通过第一气体流量计、第二气体流量计和第三气体流量 计与大气相连通，三个气体流量计的量程不同，同时，三个气体流量计与数据采集、处理系 统相连通;数据采集处理系统综合处理并储存岩心气体渗透压力、围压、轴压及出口气体流 量。
[0014] 所述的三轴岩心夹持装置内放置有待测岩心，待测岩心的环向通过围压加载系统 加载有围压，待测岩心的轴向通过围压加载系统加载有轴压，待测岩心的左端通过渗流气 体增压系统加载有气体渗流压，待测岩心的右端通过高/中/低出口气体流量计与大气连 通，待测岩心渗透率通过数据采集、处理软件自动计算得出。
[0015] 进一步完善上述技术方案，所述渗流气体增压系统包括:空压机、气源瓶、缓冲容 器及气压调节装置，所述气源瓶提供惰性渗透气体，渗透气体通过所述空压机增压，岩心气 体渗透压通过所述气压调节装置调整至设定值，气体增压系统通过气压调节装置与三轴岩 心夹持装置的入口端相连，气体增压系统为三轴岩心夹持装置提供稳定渗透气压，气体增 压系统最大气体输出压力为48MPa。
[0016] 进一步完善上述技术方案，所述三轴岩心夹持装置内放有待测岩心，所述待测岩 心大小满足国际岩石力学试验标准，三轴岩心夹持装置通过气体增压系统为待测岩心施加 渗透气压，三轴岩心夹持装置通过恒速恒压栗加压系统为待测岩心施加恒定围压及轴压。
[0017] 进一步完善上述技术方案，所述的恒速恒压栗通过围压阀为三轴岩心夹持装置提 供稳定围压，进而为待测岩心施加恒定围压，恒速恒压栗通过轴压阀为三轴岩心夹持装置 提供稳定轴压，进而为待测岩心施加恒定轴压;的恒速恒压栗加压系统压力输出范围为〇~ 60MPa，亦即待测岩心所受轴压及围压范围为0~60MPa。
[0018] 进一步完善上述技术方案，所述高/中/低出口气体流量计及数据采集处理系统， 包括5SCCm、10〇 SCCm和3000SCCm三个不同测量精度气体流量计，能够同时满足低渗及高渗 透率岩心渗透率测试要求;所述数据采集处理系统，采用window下VB自主编程开发，可实时 采集测试并存储围压、轴压、测试气体渗流压力、气体流量值，并采用内置算法自动识别气 体渗流稳定状态并计算所述测试岩心气体渗透率，同时可以和压力/体积控制器进行数据 通信，集中控制围压及轴压。
[0019] 岩石全自动气体渗透率测算方法，包括如下步骤：
[0020] (1)选取天然岩石，将岩心加工为符合国际岩石力学学会试验规程标准尺寸的待 测岩心，测量并记录试样的直径和高度；
[0021] (2)将岩心用专用橡胶套装好后放入三轴岩心夹持装置内，旋紧三轴岩心夹持装 置的气体进出口接触端，装好岩心的三轴岩心夹持装置密封性较好，气体进出口接触端与 岩心接触紧密；
[0022] (3)打开岩石全自动气体渗透率测试系统，录入岩心尺寸及试验温度、标准大气压 参数，开始岩心气体渗透测试；
[0023] (4)打开围压阀，按照试验方案，通过恒速恒压栗对岩心施加围压至设定值〇3，随 后关闭围压阀，打开轴压阀，通过恒速恒压栗对岩心施加轴压至设定值〇:，此后，岩心所受 轴压及围压均稳定保持在试验设定值；
[0024] (5)在渗透气体无泄漏的条件下，通过气体增压系统将气体压力增大，略超过试验 设定最大值，并存储于缓冲容器中；
[0025] (6)根据试验气压范围，选择高压或低压减压阀调节氮气渗透压力；
[0026] (7)点击数据采集处理系统中操作界面上的"开始"按钮，系统自动监测气体出口 端气体流量，自动识别岩石渗流稳定状态，并计算得到稳定后岩心气体渗透率后，系统自动 保存渗透率测算结果并暂停；
[0027] (8)重复步骤(3)~(7)，分别进行不同应力条件下岩心渗透率测试试验，记录试验 结果；
[0028] (9)完成试验后，点击数据采集处理系统中操作界面上的"结束"按钮，并导出试验 结果。
[0029] 有益效果，由于采用了上述方案，该岩石全自动气体渗透率测试系统包括气体增 压系统，极大增大了气体渗透压力测试范围，为低渗岩心石渗透率稳态法测试提供了基础， 结合三个不同测量精度气体流量计，能够同时满足高渗透率岩石、低渗透率岩石及极低渗 透率岩石的渗透率测试要求。系统内三轴岩心夹持装置，能同时为待测岩心施加稳定轴压 及围压，可以满足岩石在三轴压力条件下渗透率特性研究及测试要求。系统由自主开发数