專利名稱：擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油氣勘探中的實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種測(cè)定巖石擴(kuò)散系數(shù)的裝置。
背景技術(shù)：
天然氣在地下的擴(kuò)散是一種普遍現(xiàn)象，人們已認(rèn)識(shí)到天然氣在沉積巖層中的擴(kuò)散作用十分重要，為了油氣勘探需要測(cè)定烴類氣體在沉積巖石中的擴(kuò)散系數(shù)。測(cè)定擴(kuò)散系數(shù)要在巖石樣品兩端造成濃度差，同時(shí)消除巖樣兩端的壓力差，以保證測(cè)出的擴(kuò)散結(jié)果是濃度擴(kuò)散產(chǎn)生的，而不是壓力差引起的滲透作用產(chǎn)生的。因此需要專門(mén)的實(shí)驗(yàn)裝置。
在現(xiàn)有技術(shù)中，國(guó)外具有代表性的，報(bào)道較完善的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)方法是由德國(guó)的Krooss.B等人在1987年建立的，但這種方法實(shí)驗(yàn)壓力很低，只能在常壓下測(cè)定，且對(duì)巖樣的徑向不能施加圍壓，實(shí)驗(yàn)溫度最高只有70℃，因此與實(shí)際的地質(zhì)條件相比，相差甚遠(yuǎn)，是難以滿足擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)要求的。
1995年公開(kāi)的中國(guó)專利ZL94224552.0“一種巖石擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量裝置”公開(kāi)了一種測(cè)定巖石擴(kuò)散系數(shù)的技術(shù)，見(jiàn)圖4。圖中取樣閥101、擴(kuò)散室102、巖心103、氣相色譜儀104、巖心夾持器105、擴(kuò)散室106、恒溫箱107、閥108、氣路裝置109、閥110。圖5該專利的巖心夾持器結(jié)構(gòu)圖，圖中堵頭111、114，橡皮膠套112，調(diào)整塊113。
這種結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)氣樣方便，但裝置中關(guān)鍵的巖心夾持器有不足之處這種結(jié)構(gòu)的巖心夾持器，當(dāng)裝入已飽和水的巖樣后，在對(duì)巖樣兩端擴(kuò)散室抽真空的過(guò)程中，使巖樣孔隙中的飽和水損失至少30％，甚至多達(dá)80％，這對(duì)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層條件是十分不利的。
另外，1994年4月，石油工業(yè)出版社出版的《天然氣運(yùn)聚動(dòng)平衡及其應(yīng)用》一書(shū)中也公開(kāi)了一種測(cè)定巖石擴(kuò)散系數(shù)的技術(shù)。1997年12月，河海大學(xué)出版社出版的《油氣運(yùn)移及其聚集成藏模式》一書(shū)中也公開(kāi)了另一種測(cè)定巖石擴(kuò)散系數(shù)的技術(shù)。這兩種技術(shù)中的核心裝置巖心夾持器，如同94224552.0號(hào)專利一樣，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始從巖心夾持器兩端對(duì)兩擴(kuò)散室同時(shí)抽真空過(guò)程中，使巖樣孔隙中的飽和水損失嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在現(xiàn)有技術(shù)中，巖石樣品在抽真空過(guò)程中，使巖樣孔隙中的飽和水損失，嚴(yán)重影響了擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層條件的真實(shí)性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；同時(shí)由于充氣加壓過(guò)程中氣體始終與巖樣兩端面接觸，使得因不可避免的壓力波動(dòng)產(chǎn)生的瞬間較大的壓力差，會(huì)對(duì)部分巖樣易產(chǎn)生瞬間微滲透，影響擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量精度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，包括巖樣擴(kuò)散裝置18、壓力平衡裝置15、壓力泵12、真空泵11。
巖樣擴(kuò)散裝置18通過(guò)兩端的氣體管路，與壓力平衡裝置15并聯(lián)連接，并且可以分別與兩種氣源聯(lián)接。通常一端氣源為氮?dú)?，另一端為烴類氣體，如天然氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等，以及C1～C5組分及其混合物。
壓力泵12與巖樣擴(kuò)散裝置18的加圍壓口49連通，用于給巖樣增加圍壓，起到模擬地層壓力的作用。
真空泵11與巖樣擴(kuò)散裝置兩端的氣體管路分別聯(lián)接，用于對(duì)左、右擴(kuò)散室抽真空。
所述的巖樣擴(kuò)散裝置18包括巖心室27、巖樣密封套30、左端擴(kuò)散室25、右端擴(kuò)散室40、左柱塞50、右柱塞51、左柱塞拉桿21、右柱塞拉桿36、左端蓋22、右端蓋32、調(diào)節(jié)絲桿44、固定架41。
所述的巖樣密封套30是圓筒狀，巖樣密封套的兩個(gè)端面是法蘭盤(pán)狀端面；巖樣28置于巖樣密封套30之內(nèi)，巖樣密封套30置于巖心室27的內(nèi)腔。
巖心室27上開(kāi)有加圍壓口49與內(nèi)腔連通。壓力泵12將液體泵入加圍壓口49，對(duì)巖心室27與巖樣密封套30之間的空腔內(nèi)施加圍壓，由于巖樣密封套30外圓柱面受壓，迫使巖樣密封套30的內(nèi)圓柱面緊貼被測(cè)巖樣28的外圓柱面，從而使巖樣和巖樣密封套之間的密封在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持不漏。同時(shí)該圍壓又起到了模擬地層壓力的作用。加圍壓所用的液體一般為水。
左端擴(kuò)散室25的右側(cè)法蘭盤(pán)和右端擴(kuò)散室40的左側(cè)法蘭盤(pán)分別與巖心室27的兩端聯(lián)接，并用螺栓26鎖緊，巖樣密封套的兩個(gè)法蘭盤(pán)狀端面被夾緊在上述兩個(gè)擴(kuò)散室與巖心室27的法蘭之間。使得氣體能被密閉在擴(kuò)散室內(nèi)腔，同時(shí)保證產(chǎn)生圍壓的液體不會(huì)漏到巖心室和擴(kuò)散室的內(nèi)腔。
在測(cè)定起始階段，左柱塞50頂在巖樣28的左端面上，使巖樣與左端擴(kuò)散室25隔絕；在測(cè)定后續(xù)階段，通過(guò)左柱塞拉桿21拉動(dòng)左柱塞50向左移動(dòng)，使巖樣28的左端面與左端擴(kuò)散室25的內(nèi)腔連通；與之對(duì)稱，在測(cè)定起始階段，右柱塞51頂在巖樣28的右端面上，使巖樣與右端擴(kuò)散室40隔絕；在測(cè)定后續(xù)階段，通過(guò)右柱塞拉桿36拉動(dòng)右柱塞51向右移動(dòng)，使巖樣28與右端擴(kuò)散室40的內(nèi)腔連通。
在對(duì)兩個(gè)擴(kuò)散室同時(shí)抽真空時(shí)，由于柱塞的保護(hù)，避免巖樣孔隙中的飽和水被抽失掉。同時(shí)在對(duì)兩個(gè)擴(kuò)散室同時(shí)充氣充壓和擴(kuò)散壓力調(diào)節(jié)平衡過(guò)程中，不會(huì)因瞬間壓力差的產(chǎn)生，而導(dǎo)致壓力差對(duì)巖樣微滲透的作用，即避免壓力差對(duì)巖樣孔隙的直接作用。
左端擴(kuò)散室25和右端擴(kuò)散室40的外側(cè)分別由左端蓋22和右端蓋32封閉。左柱塞拉桿21和右柱塞拉桿36的柱面分別以滑動(dòng)密封方式穿出左、右端蓋，該滑動(dòng)密封一般為密封墊或其他公知的常規(guī)密封形式。左、右柱塞拉桿的移動(dòng)由調(diào)節(jié)絲桿44帶動(dòng)，同步位移。
巖樣擴(kuò)散裝置18兩端的氣體管路還可以分別有取氣樣閥7和取氣樣閥8，通過(guò)取氣樣閥，可以分別與氣相色譜連接；代替取氣樣閥的也可以是其他公知的取樣裝置，如針筒取樣口等。用于測(cè)定巖樣兩端氣體濃度變化，從而計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)。
一般情況下，巖樣擴(kuò)散裝置18左端氣體管路連接有三通，該三通一端與阻尼閥9、電磁閥3串聯(lián)連接，再與烴氣源1連接；該三通另一端與電磁閥5連接，再連接真空泵11；巖樣擴(kuò)散裝置18右端氣體管路同樣連接有三通，該三通一端與阻尼閥10、電磁閥4串聯(lián)連接，再與氮?dú)庠?連接；該三通另一端與電磁閥6連接，再連接真空泵11。
壓力泵12與加圍壓口49之間的管路上通常還有截止閥16和壓力變送器13，或壓力表。
巖樣擴(kuò)散裝置18一般置于恒溫箱17之內(nèi)，恒溫箱17主要包括溫度變送器、電熱絲、微電機(jī)、時(shí)間繼電器，控制電路等，恒溫箱可以是任何公知的常規(guī)形式。
巖樣擴(kuò)散裝置18還有調(diào)節(jié)套31，其作用是當(dāng)巖樣的長(zhǎng)度不同時(shí)，可以調(diào)整間隙。
所述的巖樣擴(kuò)散裝置18還包括左、右壓環(huán)34，左、右壓帽35和47，左、右端蓋22和32，左、右端蓋螺母24和39，固接在左、右柱塞拉桿上的左、右擋板46和37，套在調(diào)節(jié)絲桿44上并帶動(dòng)左、右擋板的擋板螺母45和38；銅套42和43，柱塞外圓周的密封圈29，擴(kuò)散室與端蓋之間的密封圈23；左、右柱塞拉桿與左、右端蓋之間的密封墊33和48。
當(dāng)抽真空、充氣充壓和擴(kuò)散壓力調(diào)節(jié)平衡完畢，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲桿44，使左柱塞拉桿21和右柱塞拉桿36同步向外平移15mm左右，從而使兩個(gè)柱塞的端面脫離巖樣端面，使巖樣與兩個(gè)擴(kuò)散室的內(nèi)腔連通，兩邊的氣體分別接觸到巖樣兩個(gè)端面。
所述的巖樣密封套30的材質(zhì)一般是低硬度的氟橡膠，也不排除使用其他橡膠，或類似的、透氣性小且能耐壓的常規(guī)材料。
壓力平衡裝置15是一個(gè)部件，其作用是使巖樣兩端擴(kuò)散室中的殘余壓力差盡量小，以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)的擴(kuò)散完全是由濃度差產(chǎn)生的，而不是由壓力差產(chǎn)生的。壓力平衡裝置15可以是公知的一個(gè)常規(guī)部件，例如中國(guó)專利ZL94224552.0中的氣路裝置或其他同類部件；也可以替換為專門(mén)設(shè)計(jì)的平衡裝置；或者可以用以后出現(xiàn)的新型部件代替。壓力平衡裝置15不是本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)所在，只要能起到平衡兩端壓力，減小殘余壓力差的作用，都可以使用，不影響本發(fā)明的其他技術(shù)特征。
各電磁閥均可以由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，使本裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，控制方式是公知的常規(guī)技術(shù)。
本發(fā)明的有益效果是由于柱塞的保護(hù)，保證擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，飽和水的巖樣不失水，巖樣不會(huì)因瞬間壓力差的產(chǎn)生而導(dǎo)致巖樣瞬間滲透的產(chǎn)生，可以較好地模擬地下氣藏在漫長(zhǎng)地質(zhì)史中實(shí)際的擴(kuò)散作用，從而大大提高了擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層條件的真實(shí)性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。使取樣和操作自動(dòng)化，測(cè)量精度高。


圖1是一種擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀的系統(tǒng)示意圖。
圖2是巖樣擴(kuò)散裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是巖樣密封套的示意圖。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)示意圖。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)的巖心夾持器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下描述僅表示本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
，只是為了進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，而并不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
一種擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，包括巖樣擴(kuò)散裝置18、壓力平衡裝置15、壓力泵12、真空泵11。巖樣擴(kuò)散裝置18通過(guò)兩端的氣體管路，與壓力平衡裝置15并聯(lián)連接，并且經(jīng)阻尼閥、電磁閥分別與氮?dú)庠春蜔N氣源連接。壓力泵12通過(guò)截止閥和壓力變送器與巖樣擴(kuò)散裝置18的加圍壓口49連通，真空泵11通過(guò)電磁閥與巖樣擴(kuò)散裝置兩端的氣體管路分別聯(lián)接。
本裝置中氣體工作壓力最高5MPa，圍壓最高60MPa，實(shí)驗(yàn)溫度最高200℃。
巖樣擴(kuò)散裝置18包括巖心室27、橡膠制的巖樣密封套30、左、右端擴(kuò)散室、左、右柱塞、左、右柱塞拉桿、左、右端蓋、調(diào)節(jié)絲桿，固定架，調(diào)節(jié)套，壓環(huán)，左、右壓帽，左、右端蓋螺母，左、右擋板，擋板螺母，銅套，密封圈，密封墊。
巖樣擴(kuò)散裝置置于恒溫箱內(nèi)，恒溫箱包括溫度變送器、電熱絲、微電機(jī)、時(shí)間繼電器，控制電路。
巖樣擴(kuò)散裝置18兩端的氣體管路通過(guò)取氣樣閥與氣相色譜連接，可以定時(shí)取氣樣送氣相色譜儀檢測(cè)。
當(dāng)抽真空、充氣充壓和擴(kuò)散壓力調(diào)節(jié)平衡完畢，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)絲桿44，使左柱塞拉桿21和右柱塞拉桿36同步向外平移15mm左右，從而使兩個(gè)柱塞的端面脫離巖樣端面。
本發(fā)明的巖樣擴(kuò)散裝置18與現(xiàn)有技術(shù)的巖心夾持器相比，二者結(jié)構(gòu)完全不同。本發(fā)明的巖樣密封套30形狀與現(xiàn)有技術(shù)的橡膠密封套相比，二者形狀也完全不同。
本裝置中的各電磁閥均可以由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，使本裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
權(quán)利要求
1一種擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，包括巖樣擴(kuò)散裝置(18)、壓力平衡裝置(15)、壓力泵(12)、真空泵(11)；其特征是巖樣擴(kuò)散裝置(18)通過(guò)兩端的氣體管路，與壓力平衡裝置(15)并聯(lián)連接，并且分別與兩種氣源聯(lián)接；壓力泵(12)與巖樣擴(kuò)散裝置(18)的加圍壓口(49)連通；真空泵(11)與巖樣擴(kuò)散裝置兩端的氣體管路分別聯(lián)接；所述的巖樣擴(kuò)散裝置(18)包括巖心室(27)、巖樣密封套(30)、左端擴(kuò)散室(25)、右端擴(kuò)散室(40)、左柱塞(50)、右柱塞(51)、左柱塞拉桿(21)、右柱塞拉桿(36)、左端蓋(22)、右端蓋(32)、調(diào)節(jié)絲桿(44)、固定架(41)；所述的巖樣密封套(30)是圓筒狀，巖樣密封套的兩個(gè)端面是法蘭盤(pán)狀端面；巖樣(28)置于巖樣密封套(30)之內(nèi)，巖樣密封套(30)置于巖心室(27)的內(nèi)腔；巖心室(27)上開(kāi)有加圍壓口(49)與內(nèi)腔連通；左端擴(kuò)散室(25)的右側(cè)法蘭盤(pán)和右端擴(kuò)散室(40)的左側(cè)法蘭盤(pán)分別與巖心室(27)的兩端聯(lián)接，并用螺栓(26)鎖緊，巖樣密封套的兩個(gè)法蘭盤(pán)狀端面被夾緊在上述兩個(gè)擴(kuò)散室與巖心室(27)的法蘭之間；在測(cè)定起始階段，左柱塞(50)頂在巖樣(28)的左端面上，使巖樣與左端擴(kuò)散室(25)隔絕；在測(cè)定后續(xù)階段，通過(guò)左柱塞拉桿(21)拉動(dòng)左柱塞(50)向左移動(dòng)，使巖樣(28)的左端面與左端擴(kuò)散室(25)的內(nèi)腔連通；在測(cè)定起始階段，右柱塞(51)頂在巖樣(28)的右端面上，使巖樣與右端擴(kuò)散室(40)隔絕；在測(cè)定后續(xù)階段，通過(guò)右柱塞拉桿(36)拉動(dòng)右柱塞(51)向右移動(dòng)，使巖樣(28)與右端擴(kuò)散室(40)的內(nèi)腔連通；左端擴(kuò)散室(25)和右端擴(kuò)散室(40)的外側(cè)分別由左端蓋(22)和右端蓋(32)封閉，左柱塞拉桿(21)和右柱塞拉桿(36)的柱面分別以滑動(dòng)密封方式穿出左、右端蓋；左、右柱塞拉桿的移動(dòng)由調(diào)節(jié)絲桿(44)帶動(dòng)。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，其特征是巖樣擴(kuò)散裝置(18)兩端的氣體管路分別有取氣樣閥(7)和取氣樣閥(8)。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，其特征是巖樣擴(kuò)散裝置(18)左端氣體管路連接有三通，該三通一端與阻尼閥(9)、電磁閥(3)串聯(lián)連接，再與烴氣源(1)連接；該三通另一端通過(guò)電磁閥(5)，再連接真空泵(11)；巖樣擴(kuò)散裝置(18)右端氣體管路同樣連接有三通，該三通一端與阻尼閥(10)、電磁閥(4)串聯(lián)連接，再與氮?dú)庠?2)連接；該三通另一端與電磁閥(6)連接，再連接真空泵(11)。
4根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，其特征是壓力泵(12)與加圍壓口(49)之間的管路上還有截止閥(16)和壓力變送器(13)。
5根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，其特征是巖樣擴(kuò)散裝置(18)置于恒溫箱(17)之內(nèi)。
6根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，其特征是所述的巖樣擴(kuò)散裝置(18)還包括調(diào)節(jié)套(31)，壓環(huán)(34)，左、右壓帽(35)和(47)，左、右端蓋螺母(24)和(39)，固定在左、右柱塞拉桿上的左、右擋板(46)和(37)，套在調(diào)節(jié)絲桿(44)上并帶動(dòng)左、右擋板移動(dòng)的擋板螺母(45)和(38)；銅套(42)和(43)，柱塞外圓周的密封圈(29)，擴(kuò)散室與端蓋之間的密封圈(23)；左、右柱塞拉桿與左、右端蓋之間的密封墊(33)和(48)。
7根據(jù)權(quán)利要求1所述的擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，其特征是所述的巖樣密封套(30)的材質(zhì)是低硬度的氟橡膠。
8根據(jù)權(quán)利要求3所述的擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，其特征是所述的電磁閥均由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀，本發(fā)明涉及一種油氣勘探中的實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種測(cè)定巖石擴(kuò)散系數(shù)的裝置。包括巖樣擴(kuò)散裝置、壓力平衡裝置、壓力泵、真空泵，巖樣擴(kuò)散裝置包括巖心室、巖樣密封套、擴(kuò)散室、柱塞、柱塞拉桿、端蓋、調(diào)節(jié)絲桿、固定架，柱塞在抽真空、充氣充壓和擴(kuò)散壓力調(diào)節(jié)平衡過(guò)程中保護(hù)巖樣，使其不失水，不因瞬間壓力差導(dǎo)致巖樣瞬間滲透，從而大大提高了擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)?zāi)M地層條件的真實(shí)性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本儀器實(shí)現(xiàn)取樣和操作自動(dòng)化，解決現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，測(cè)量精度高，是新一代擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀。本發(fā)明用于油氣地質(zhì)勘探領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01N7/00GK1773246SQ200410090629
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者陳偉鈞, 鄭冰, 王強(qiáng), 陳紅宇, 范明, 葉慶 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院