擴散系數(shù)測定儀

1一種擴散系數(shù)測定儀，包括巖樣擴散裝置(18)、壓力平衡裝置(15)、壓力泵(12)、真空泵(11)；其特征是： 巖樣擴散裝置(18)通過兩端的氣體管路，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)與巖樣擴散裝置(18)的加圍壓口(49)連通；真空泵(11)與巖樣擴散裝置兩端的氣體管路分別聯(lián)接； 所述的巖樣擴散裝置(18)包括巖心室(27)、巖樣密封套(30)、左端擴散室(25)、右端擴散室(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，巖樣密封套的兩個端面是法蘭盤狀端面；巖樣(28)置于巖樣密封套(30)之內，巖樣密封套(30)置于巖心室(27)的內腔； 巖心室(27)上開有加圍壓口(49)與內腔連通；左端擴散室(25)的右側法蘭盤和右端擴散室(40)的左側法蘭盤分別與巖心室(27)的兩端聯(lián)接，并用螺栓(26)鎖緊，巖樣密封套的兩個法蘭盤狀端面被夾緊在上述兩個擴散室與巖心室(27)的法蘭之間； 在測定起始階段，左柱塞(50)頂在巖樣(28)的左端面上，使巖樣與左端擴散室(25)隔絕；在測定后續(xù)階段，通過左柱塞拉桿(21)拉動左柱塞(50)向左移動，使巖樣(28)的左端面與左端擴散室(25)的內腔連通； 在測定起始階段，右柱塞(51)頂在巖樣(28)的右端面上，使巖樣與右端擴散室(40)隔絕；在測定后續(xù)階段，通過右柱塞拉桿(36)拉動右柱塞(51)向右移動，使巖樣(28)與右端擴散室(40)的內腔連通； 左端擴散室(25)和右端擴散室(40)的外側分別由左端蓋(22)和右端蓋(32)封閉，左柱塞拉桿(21)和右柱塞拉桿(36)的柱面分別以滑動密封方式穿出左、右端蓋；左、右柱塞拉桿的移動由調節(jié)絲桿(44)帶動。
2.根據(jù)權利要求1所述的擴散系數(shù)測定儀，其特征是：巖樣擴散裝置（18)兩端的氣體管路分別有左取氣樣閥（7)和右取氣樣閥（8)。
3.根據(jù)權利要求1所述的擴散系數(shù)測定儀，其特征是：巖樣擴散裝置（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；該三通另一端通過電磁閥（5)，再連 接真空泵（11);巖樣擴散裝置（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，再與氮氣源（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)權利要求1所述的擴散系數(shù)測定儀，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)權利要求1所述的擴散系數(shù)測定儀，其特征是：巖樣擴散裝置（18) 置于恒溫箱（17)之內。
6.根據(jù)權利要求1所述的擴散系數(shù)測定儀，其特征是：所述的巖樣擴散 裝置（18)還包括：調節(jié)套（31)，壓環(huán)（34),左壓帽（47),右壓帽 (35)，左端蓋螺母（24)，右端蓋螺母（39)，固定在左柱塞拉桿上的 左擋板（46)，固定在右柱塞拉桿上的右擋板（37)，套在調節(jié)絲桿（44) 上并帶動左擋板移動的左擋板螺母（45)，套在調節(jié)絲桿（44)上并帶 動右擋板移動的右擋板螺母（38);左銅套（43)，右銅套（42),柱塞 外圓周的柱塞密封圈（29),擴散室與端蓋之間的端蓋密封圈（23); 左柱塞拉桿與左端蓋之間的左密封墊（48)，右柱塞拉桿與右端蓋之間 的右密封墊（33)。
7.根據(jù)權利要求1所述的擴散系數(shù)測定儀，其特征是：所述的巖樣密封 套（30)的材質是低硬度的氟橡膠。
8.根據(jù)權利要求3所述的擴散系數(shù)測定儀，其特征是：所述的電磁閥均 由計算機進行控制。

擴散系數(shù)測定儀\n技術領域：\n本發(fā)明涉及一種油氣勘探中的實驗裝置，具體涉及一種測定巖石 擴散系數(shù)的裝置。\n背景技術.-\n天然氣在地下的擴散是一種普遍現(xiàn)象，人們已認識到天然氣在沉 積巖層中的擴散作用十分重要，為了油氣勘探需要測定烴類氣體在沉 積巖石中的擴散系數(shù)。測定擴散系數(shù)要在巖石樣品兩端造成濃度差， 同時消除巖樣兩端的壓力差，以保證測出的擴散結果是濃度擴散產(chǎn)生 的，而不是壓力差引起的滲透作用產(chǎn)生的。因此需要專門的實驗裝置。\n在現(xiàn)有技術中，國外具有代表性的，報道較完善的擴散實驗方法 是由德國的Krooss.B等人在1987年建立的，但這種方法實驗壓力很 低，只能在常壓下測定，且對巖樣的徑向不能施加圍壓，實驗溫度最 高只有7(TC，因此與實際的地質條件相比，相差甚遠，是難以滿足擴 散模擬實驗要求的。\n1995年公開的中國專利ZL94224552.0"—種巖石擴散系數(shù)的測量 裝置"公開了一種測定巖石擴散系數(shù)的技術，見圖4。圖中：取樣閥 101、擴散室102、巖心103、氣相色譜儀104、巖心夾持器105、擴散 室106、恒溫箱107、閥108、氣路裝置109、閥110。圖5該專利的 巖心夾持器結構圖，圖中：堵頭111、 114，橡皮膠套112，調整塊113。\n這種結構的測量裝置，雖然結構簡單，檢測氣樣方便，但裝置中 關鍵的巖心夾持器有不足之處：這種結構的巖心夾持器，當裝入已飽 和水的巖樣后，在對巖樣兩端擴散室抽真空的過程中，使巖樣孔隙中 的飽和水損失至少30%，甚至多達80%，這對擴散實驗模擬地層條件 是十分不利的。另外，1994年4月，石油工業(yè)出版社出版的《天然氣運聚動平衡 及其應用》一書中也公開了一種測定巖石擴散系數(shù)的技術。1997年12 月，河海大學出版社出版的《油氣運移及其聚集成藏模式》 一書中也 公開了另一種測定巖石擴散系數(shù)的技術。這兩種技術中的核心裝置巖 心夾持器，如同94224552.0號專利一樣，在實驗開始從巖心夾持器兩 端對兩擴散室同時抽真空過程中，使巖樣孔隙中的飽和水損失嚴重。\n發(fā)明內容：\n本發(fā)明要解決的技術問題是：\n在現(xiàn)有技術中，巖石樣品在抽真空過程中，使巖樣孔隙中的飽和 水損失，嚴重影響了擴散實驗模擬地層條件的真實性和實驗結果的準 確性；同時由于充氣加壓過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產(chǎn)生的瞬間較大的壓力差，會對部分巖樣易產(chǎn)生 瞬間微滲透，影響擴散系數(shù)的測量精度。\n本發(fā)明的技術方案是：\n一種擴散系數(shù)測定儀，包括巖樣擴散裝置18、壓力平衡裝置15、 壓力泵12、真空泵11。\n巖樣擴散裝置18通過兩端的氣體管路，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。通常一端氣源為氮氣，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\n垸、丁烯等，以及C1?C5組分及其混合物。\n壓力泵12與巖樣擴散裝置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。\n真空泵11與巖樣擴散裝置兩端的氣體管路分別聯(lián)接，用于對左、 右擴散室抽真空。\n所述的巖樣擴散裝置18包括巖心室27、巖樣密封套30、左端擴 散室25、右端擴散室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、調節(jié)絲桿44、固定架41。\n所述的巖樣密封套30是圓筒狀，巖樣密封套的兩個端面是法蘭盤狀端面；巖樣28置于巖樣密封套30之內，巖樣密封套30置于巖心室 27的內腔。\n巖心室27上開有加圍壓口 49與內腔連通。壓力泵12將液體泵入 加圍壓口 49，對巖心室27與巖樣密封套30之間的空腔內施加圍壓， 由于巖樣密封套30外圓柱面受壓，迫使巖樣密封套30的內圓柱面緊 貼被測巖樣28的外圓柱面，從而使巖樣和巖樣密封套之間的密封在實 驗過程中保持不漏。同時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。\n左端擴散室25的右側法蘭盤和右端擴散室40的左側法蘭盤分別 與巖心室27的兩端聯(lián)接，并用螺栓26鎖緊，巖樣密封套的兩個法蘭 盤狀端面被夾緊在上述兩個擴散室與巖心室27的法蘭之間。使得氣體 能被密閉在擴散室內腔，同時保證產(chǎn)生圍壓的液體不會漏到巖心室和 擴散室的內腔。\n在測定起始階段，左柱塞50頂在巖樣28的左端面上，使巖樣與 左端擴散室25隔絕；在測定后續(xù)階段，通過左柱塞拉桿21拉動左柱 塞50向左移動，使巖樣28的左端面與左端擴散室25的內腔連通；\n與之對稱，在測定起始階段，右柱塞51頂在巖樣28的右端面上， 使巖樣與右端擴散室40隔絕；在測定后續(xù)階段，通過右柱塞拉桿36 拉動右柱塞51向右移動，使巖樣28與右端擴散室40的內腔連通。\n在對兩個擴散室同時抽真空時，由于柱塞的保護，避免巖樣孔隙 中的飽和水被抽失掉。同時在對兩個擴散室同時充氣充壓和擴散壓力 調節(jié)平衡過程中，不會因瞬間壓力差的產(chǎn)生，而導致壓力差對巖樣微 滲透的作用，即避免壓力差對巖樣孔隙的直接作用。\n左端擴散室25和右端擴散室40的外側分別由左端蓋22和右端蓋 32封閉。左柱塞拉桿21和右柱塞拉桿36的柱面分別以滑動密封方式 穿出左、右端蓋，該滑動密封一般為密封墊或其他公知的常規(guī)密封形 式。左、右柱塞拉桿的移動由調節(jié)絲桿44帶動，同步位移。\n巖樣擴散裝置18兩端的氣體管路還可以分別有左取氣樣閥7和右 取氣樣閥8，通過左、右取氣樣閥，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。用于測定巖樣兩端氣體濃度變化，從而計算擴散系數(shù)。\n一般情況下，巖樣擴散裝置18左端氣體管路連接有三通，該三通\n一端與阻尼閥9、電磁閥3串聯(lián)連接，再與烴氣源l連接；該三通另 一端與電磁閩5連接，再連接真空泵ll;巖樣擴散裝置18右端氣體 管路同樣連接有三通，該三通一端與阻尼閥IO、電磁閥4串聯(lián)連接， 再與氮氣源2連接；該三通另一端與電磁閥6連接，再連接真空泵11 。\n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。\n巖樣擴散裝置18—般置于恒溫箱17之內，恒溫箱17主要包括溫 度變送器、電熱絲、微電機、時間繼電器，控制電路等，恒溫箱可以 是任何公知的常規(guī)形式。\n巖樣擴散裝置18還有調節(jié)套31，其作用是當巖樣的長度不同時， 可以調整間隙。\n所述的巖樣擴散裝置18還包括：左、右壓環(huán)34，左壓帽47，右 壓帽35，左端蓋螺母24，右端蓋螺母39，固定在左柱塞拉桿上的左 擋板46,固定在右柱塞拉桿上的右擋板37，套在調節(jié)絲桿44上并帶 動左擋板移動的左擋板螺母45，套在調節(jié)絲桿44上并帶動右擋板移 動的右擋板螺母38;左銅套43，右銅套42，柱塞外圓周的柱塞密封 圈29，擴散室與端蓋之間的端蓋密封圈23;左柱塞拉桿與左端蓋之間 的左密封墊48，右柱塞拉桿與右端蓋之間的右密封墊33。\n當抽真空、充氣充壓和擴散壓力調節(jié)平衡完畢，旋轉調節(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 兩個柱塞的端面脫離巖樣端面，使巖樣與兩個擴散室的內腔連通，兩 邊的氣體分別接觸到巖樣兩個端面。\n所述的巖樣密封套30的材質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。\n壓力平衡裝置15是一個部件，其作用是使巖樣兩端擴散室中的殘 余壓力差盡量小，以保證實驗時的擴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可以是公知的一個常規(guī)部件，例 如中國專利ZL94224552.0中的氣路裝置或其他同類部件；也可以替換為專門設計的平衡裝置；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)明的其他技術特征。\n各電磁閥均可以由計算機進行控制，使本裝置實現(xiàn)自動化，控制 方式是公知的常規(guī)技術。\n本發(fā)明的有益效果是：\n由于柱塞的保護，保證擴散實驗過程中，飽和水的巖樣不失水， 巖樣不會因瞬間壓力差的產(chǎn)生而導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地質史中實際的擴散作用，從而大大提高了擴 散實驗模擬地層條件的真實性和實驗結果的準確性。使取樣和操作自 動化，測量精度高。\n附圖說明：\n圖1是一種擴散系數(shù)測定儀的系統(tǒng)示意圖。\n圖2是巖樣擴散裝置的結構圖。\n圖3是巖樣密封套的示意圖。\n圖4是現(xiàn)有技術的系統(tǒng)示意圖。\n圖5是現(xiàn)有技術的巖心夾持器系統(tǒng)結構圖。\n具體實施方式：\n以下描述僅表示本發(fā)明的一種具體實施方式，只是為了進一步對 本發(fā)明進行說明，而并不對本發(fā)明進行限制。\n一種擴散系數(shù)測定儀，包括巖樣擴散裝置18、壓力平衡裝置15、 壓力泵12、真空泵ll。巖樣擴散裝置18通過兩端的氣體管路，與壓 力平衡裝置15并聯(lián)連接，并且經(jīng)阻尼閥、電磁閥分別與氮氣源和烴氣 源連接。壓力泵12通過截止閥和壓力變送器與巖樣擴散裝置18的加 圍壓口 49連通，真空泵11通過電磁閥與巖樣擴散裝置兩端的氣體管 路分別聯(lián)接。\n本裝置中氣體工作壓力最高5MPa,圍壓最高60MPa，實驗溫度 最高200。C 。巖樣擴散裝置18包括巖心室27、橡膠制的巖樣密封套30、左端\n擴散室、右端擴散室、左柱塞、右柱塞、左柱塞拉桿、右柱塞拉桿、 左端蓋、右端蓋、調節(jié)絲桿、固定架、調節(jié)套、壓環(huán)、左壓帽、右壓 帽、左端蓋螺母、右端蓋螺母、左擋板、右擋板、左擋板螺母、右擋 板螺母、左銅套、右銅套、柱塞密封圈、端蓋密封圈、左密封墊、右 密封墊。\n巖樣擴散裝置置于恒溫箱內，恒溫箱包括溫度變送器、電熱絲、 微電機、時間繼電器，控制電路。\n巖樣擴散裝置18兩端的氣體管路通過取氣樣閥與氣相色譜連接， 可以定時取氣樣送氣相色譜儀檢測。\n當抽真空、充氣充壓和擴散壓力調節(jié)平衡完畢，旋轉調節(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 兩個柱塞的端面脫離巖樣端面。\n本發(fā)明的巖樣擴散裝置18與現(xiàn)有技術的巖心夾持器相比，二者 結構完全不同。本發(fā)明的巖樣密封套30形狀與現(xiàn)有技術的橡膠密封套 相比，二者形狀也完全不同。\n本裝置中的各電磁閥均可以由計算機進行控制，使本裝置實現(xiàn)自 動化。