扩散系数测定仪

1一种扩散系数测定仪，包括岩样扩散装置(18)、压力平衡装置(15)、压力泵(12)、真空泵(11)；其特征是： 岩样扩散装置(18)通过两端的气体管路，与压力平衡装置(15)并联连接，并且分别与两种气源联接；压力泵(12)与岩样扩散装置(18)的加围压口(49)连通；真空泵(11)与岩样扩散装置两端的气体管路分别联接； 所述的岩样扩散装置(18)包括岩心室(27)、岩样密封套(30)、左端扩散室(25)、右端扩散室(40)、左柱塞(50)、右柱塞(51)、左柱塞拉杆(21)、右柱塞拉杆(36)、左端盖(22)、右端盖(32)、调节丝杆(44)、固定架(41)； 所述的岩样密封套(30)是圆筒状，岩样密封套的两个端面是法兰盘状端面；岩样(28)置于岩样密封套(30)之内，岩样密封套(30)置于岩心室(27)的内腔； 岩心室(27)上开有加围压口(49)与内腔连通；左端扩散室(25)的右侧法兰盘和右端扩散室(40)的左侧法兰盘分别与岩心室(27)的两端联接，并用螺栓(26)锁紧，岩样密封套的两个法兰盘状端面被夹紧在上述两个扩散室与岩心室(27)的法兰之间； 在测定起始阶段，左柱塞(50)顶在岩样(28)的左端面上，使岩样与左端扩散室(25)隔绝；在测定后续阶段，通过左柱塞拉杆(21)拉动左柱塞(50)向左移动，使岩样(28)的左端面与左端扩散室(25)的内腔连通； 在测定起始阶段，右柱塞(51)顶在岩样(28)的右端面上，使岩样与右端扩散室(40)隔绝；在测定后续阶段，通过右柱塞拉杆(36)拉动右柱塞(51)向右移动，使岩样(28)与右端扩散室(40)的内腔连通； 左端扩散室(25)和右端扩散室(40)的外侧分别由左端盖(22)和右端盖(32)封闭，左柱塞拉杆(21)和右柱塞拉杆(36)的柱面分别以滑动密封方式穿出左、右端盖；左、右柱塞拉杆的移动由调节丝杆(44)带动。
2.根据权利要求1所述的扩散系数测定仪，其特征是：岩样扩散装置（18)两端的气体管路分别有左取气样阀（7)和右取气样阀（8)。
3.根据权利要求1所述的扩散系数测定仪，其特征是：岩样扩散装置（18)左端气体管路连接有三通，该三通一端与阻尼阀（9)、电磁阀（3)串 联连接，再与烃气源（1)连接；该三通另一端通过电磁阀（5)，再连 接真空泵（11);岩样扩散装置（18)右端气体管路同样连接有三通， 该三通一端与阻尼阀（10)、电磁阀（4)串联连接，再与氮气源（2) 连接；该三通另一端与电磁阀（6)连接，再连接真空泵（11)。
4.根据权利要求1所述的扩散系数测定仪，其特征是：压力泵（12)与 加围压口 （49)之间的管路上还有截止阀（16)和压力变送器（13)。
5.根据权利要求1所述的扩散系数测定仪，其特征是：岩样扩散装置（18) 置于恒温箱（17)之内。
6.根据权利要求1所述的扩散系数测定仪，其特征是：所述的岩样扩散 装置（18)还包括：调节套（31)，压环（34),左压帽（47),右压帽 (35)，左端盖螺母（24)，右端盖螺母（39)，固定在左柱塞拉杆上的 左挡板（46)，固定在右柱塞拉杆上的右挡板（37)，套在调节丝杆（44) 上并带动左挡板移动的左挡板螺母（45)，套在调节丝杆（44)上并带 动右挡板移动的右挡板螺母（38);左铜套（43)，右铜套（42),柱塞 外圆周的柱塞密封圈（29),扩散室与端盖之间的端盖密封圈（23); 左柱塞拉杆与左端盖之间的左密封垫（48)，右柱塞拉杆与右端盖之间 的右密封垫（33)。
7.根据权利要求1所述的扩散系数测定仪，其特征是：所述的岩样密封 套（30)的材质是低硬度的氟橡胶。
8.根据权利要求3所述的扩散系数测定仪，其特征是：所述的电磁阀均 由计算机进行控制。

扩散系数测定仪\n技术领域：\n本发明涉及一种油气勘探中的实验装置，具体涉及一种测定岩石 扩散系数的装置。\n背景技术.-\n天然气在地下的扩散是一种普遍现象，人们已认识到天然气在沉 积岩层中的扩散作用十分重要，为了油气勘探需要测定烃类气体在沉 积岩石中的扩散系数。测定扩散系数要在岩石样品两端造成浓度差， 同时消除岩样两端的压力差，以保证测出的扩散结果是浓度扩散产生 的，而不是压力差引起的渗透作用产生的。因此需要专门的实验装置。\n在现有技术中，国外具有代表性的，报道较完善的扩散实验方法 是由德国的Krooss.B等人在1987年建立的，但这种方法实验压力很 低，只能在常压下测定，且对岩样的径向不能施加围压，实验温度最 高只有7(TC，因此与实际的地质条件相比，相差甚远，是难以满足扩 散模拟实验要求的。\n1995年公开的中国专利ZL94224552.0"—种岩石扩散系数的测量 装置"公开了一种测定岩石扩散系数的技术，见图4。图中：取样阀 101、扩散室102、岩心103、气相色谱仪104、岩心夹持器105、扩散 室106、恒温箱107、阀108、气路装置109、阀110。图5该专利的 岩心夹持器结构图，图中：堵头111、 114，橡皮胶套112，调整块113。\n这种结构的测量装置，虽然结构简单，检测气样方便，但装置中 关键的岩心夹持器有不足之处：这种结构的岩心夹持器，当装入已饱 和水的岩样后，在对岩样两端扩散室抽真空的过程中，使岩样孔隙中 的饱和水损失至少30%，甚至多达80%，这对扩散实验模拟地层条件 是十分不利的。另外，1994年4月，石油工业出版社出版的《天然气运聚动平衡 及其应用》一书中也公开了一种测定岩石扩散系数的技术。1997年12 月，河海大学出版社出版的《油气运移及其聚集成藏模式》 一书中也 公开了另一种测定岩石扩散系数的技术。这两种技术中的核心装置岩 心夹持器，如同94224552.0号专利一样，在实验开始从岩心夹持器两 端对两扩散室同时抽真空过程中，使岩样孔隙中的饱和水损失严重。\n发明内容：\n本发明要解决的技术问题是：\n在现有技术中，岩石样品在抽真空过程中，使岩样孔隙中的饱和 水损失，严重影响了扩散实验模拟地层条件的真实性和实验结果的准 确性；同时由于充气加压过程中气体始终与岩样两端面接触，使得因 不可避免的压力波动产生的瞬间较大的压力差，会对部分岩样易产生 瞬间微渗透，影响扩散系数的测量精度。\n本发明的技术方案是：\n一种扩散系数测定仪，包括岩样扩散装置18、压力平衡装置15、 压力泵12、真空泵11。\n岩样扩散装置18通过两端的气体管路，与压力平衡装置15并联 连接，并且可以分别与两种气源联接。通常一端气源为氮气，另一端 为烃类气体，如天然气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丁\n垸、丁烯等，以及C1〜C5组分及其混合物。\n压力泵12与岩样扩散装置18的加围压口 49连通，用于给岩样增 加围压，起到模拟地层压力的作用。\n真空泵11与岩样扩散装置两端的气体管路分别联接，用于对左、 右扩散室抽真空。\n所述的岩样扩散装置18包括岩心室27、岩样密封套30、左端扩 散室25、右端扩散室40、左柱塞50、右柱塞51、左柱塞拉杆21、右 柱塞拉杆36、左端盖22、右端盖32、调节丝杆44、固定架41。\n所述的岩样密封套30是圆筒状，岩样密封套的两个端面是法兰盘状端面；岩样28置于岩样密封套30之内，岩样密封套30置于岩心室 27的内腔。\n岩心室27上开有加围压口 49与内腔连通。压力泵12将液体泵入 加围压口 49，对岩心室27与岩样密封套30之间的空腔内施加围压， 由于岩样密封套30外圆柱面受压，迫使岩样密封套30的内圆柱面紧 贴被测岩样28的外圆柱面，从而使岩样和岩样密封套之间的密封在实 验过程中保持不漏。同时该围压又起到了模拟地层压力的作用。加围 压所用的液体一般为水。\n左端扩散室25的右侧法兰盘和右端扩散室40的左侧法兰盘分别 与岩心室27的两端联接，并用螺栓26锁紧，岩样密封套的两个法兰 盘状端面被夹紧在上述两个扩散室与岩心室27的法兰之间。使得气体 能被密闭在扩散室内腔，同时保证产生围压的液体不会漏到岩心室和 扩散室的内腔。\n在测定起始阶段，左柱塞50顶在岩样28的左端面上，使岩样与 左端扩散室25隔绝；在测定后续阶段，通过左柱塞拉杆21拉动左柱 塞50向左移动，使岩样28的左端面与左端扩散室25的内腔连通；\n与之对称，在测定起始阶段，右柱塞51顶在岩样28的右端面上， 使岩样与右端扩散室40隔绝；在测定后续阶段，通过右柱塞拉杆36 拉动右柱塞51向右移动，使岩样28与右端扩散室40的内腔连通。\n在对两个扩散室同时抽真空时，由于柱塞的保护，避免岩样孔隙 中的饱和水被抽失掉。同时在对两个扩散室同时充气充压和扩散压力 调节平衡过程中，不会因瞬间压力差的产生，而导致压力差对岩样微 渗透的作用，即避免压力差对岩样孔隙的直接作用。\n左端扩散室25和右端扩散室40的外侧分别由左端盖22和右端盖 32封闭。左柱塞拉杆21和右柱塞拉杆36的柱面分别以滑动密封方式 穿出左、右端盖，该滑动密封一般为密封垫或其他公知的常规密封形 式。左、右柱塞拉杆的移动由调节丝杆44带动，同步位移。\n岩样扩散装置18两端的气体管路还可以分别有左取气样阀7和右 取气样阀8，通过左、右取气样阀，可以分别与气相色谱连接；代替 取气样阀的也可以是其他公知的取样装置，如针筒取样口等。用于测定岩样两端气体浓度变化，从而计算扩散系数。\n一般情况下，岩样扩散装置18左端气体管路连接有三通，该三通\n一端与阻尼阀9、电磁阀3串联连接，再与烃气源l连接；该三通另 一端与电磁闽5连接，再连接真空泵ll;岩样扩散装置18右端气体 管路同样连接有三通，该三通一端与阻尼阀IO、电磁阀4串联连接， 再与氮气源2连接；该三通另一端与电磁阀6连接，再连接真空泵11 。\n压力泵12与加围压口49之间的管路上通常还有截止阀16和压力 变送器13，或压力表。\n岩样扩散装置18—般置于恒温箱17之内，恒温箱17主要包括温 度变送器、电热丝、微电机、时间继电器，控制电路等，恒温箱可以 是任何公知的常规形式。\n岩样扩散装置18还有调节套31，其作用是当岩样的长度不同时， 可以调整间隙。\n所述的岩样扩散装置18还包括：左、右压环34，左压帽47，右 压帽35，左端盖螺母24，右端盖螺母39，固定在左柱塞拉杆上的左 挡板46,固定在右柱塞拉杆上的右挡板37，套在调节丝杆44上并带 动左挡板移动的左挡板螺母45，套在调节丝杆44上并带动右挡板移 动的右挡板螺母38;左铜套43，右铜套42，柱塞外圆周的柱塞密封 圈29，扩散室与端盖之间的端盖密封圈23;左柱塞拉杆与左端盖之间 的左密封垫48，右柱塞拉杆与右端盖之间的右密封垫33。\n当抽真空、充气充压和扩散压力调节平衡完毕，旋转调节丝杆44， 使左柱塞拉杆21和右柱塞拉杆36同步向外平移15mm左右，从而使 两个柱塞的端面脱离岩样端面，使岩样与两个扩散室的内腔连通，两 边的气体分别接触到岩样两个端面。\n所述的岩样密封套30的材质一般是低硬度的氟橡胶，也不排除使 用其他橡胶，或类似的、透气性小且能耐压的常规材料。\n压力平衡装置15是一个部件，其作用是使岩样两端扩散室中的残 余压力差尽量小，以保证实验时的扩散完全是由浓度差产生的，而不 是由压力差产生的。压力平衡装置15可以是公知的一个常规部件，例 如中国专利ZL94224552.0中的气路装置或其他同类部件；也可以替换为专门设计的平衡装置；或者可以用以后出现的新型部件代替。压力 平衡装置15不是本发明的发明点所在，只要能起到平衡两端压力，减 小残余压力差的作用，都可以使用，不影响本发明的其他技术特征。\n各电磁阀均可以由计算机进行控制，使本装置实现自动化，控制 方式是公知的常规技术。\n本发明的有益效果是：\n由于柱塞的保护，保证扩散实验过程中，饱和水的岩样不失水， 岩样不会因瞬间压力差的产生而导致岩样瞬间渗透的产生，可以较好 地模拟地下气藏在漫长地质史中实际的扩散作用，从而大大提高了扩 散实验模拟地层条件的真实性和实验结果的准确性。使取样和操作自 动化，测量精度高。\n附图说明：\n图1是一种扩散系数测定仪的系统示意图。\n图2是岩样扩散装置的结构图。\n图3是岩样密封套的示意图。\n图4是现有技术的系统示意图。\n图5是现有技术的岩心夹持器系统结构图。\n具体实施方式：\n以下描述仅表示本发明的一种具体实施方式，只是为了进一步对 本发明进行说明，而并不对本发明进行限制。\n一种扩散系数测定仪，包括岩样扩散装置18、压力平衡装置15、 压力泵12、真空泵ll。岩样扩散装置18通过两端的气体管路，与压 力平衡装置15并联连接，并且经阻尼阀、电磁阀分别与氮气源和烃气 源连接。压力泵12通过截止阀和压力变送器与岩样扩散装置18的加 围压口 49连通，真空泵11通过电磁阀与岩样扩散装置两端的气体管 路分别联接。\n本装置中气体工作压力最高5MPa,围压最高60MPa，实验温度 最高200。C 。岩样扩散装置18包括岩心室27、橡胶制的岩样密封套30、左端\n扩散室、右端扩散室、左柱塞、右柱塞、左柱塞拉杆、右柱塞拉杆、 左端盖、右端盖、调节丝杆、固定架、调节套、压环、左压帽、右压 帽、左端盖螺母、右端盖螺母、左挡板、右挡板、左挡板螺母、右挡 板螺母、左铜套、右铜套、柱塞密封圈、端盖密封圈、左密封垫、右 密封垫。\n岩样扩散装置置于恒温箱内，恒温箱包括温度变送器、电热丝、 微电机、时间继电器，控制电路。\n岩样扩散装置18两端的气体管路通过取气样阀与气相色谱连接， 可以定时取气样送气相色谱仪检测。\n当抽真空、充气充压和扩散压力调节平衡完毕，旋转调节丝杆44， 使左柱塞拉杆21和右柱塞拉杆36同步向外平移15mm左右，从而使 两个柱塞的端面脱离岩样端面。\n本发明的岩样扩散装置18与现有技术的岩心夹持器相比，二者 结构完全不同。本发明的岩样密封套30形状与现有技术的橡胶密封套 相比，二者形状也完全不同。\n本装置中的各电磁阀均可以由计算机进行控制，使本装置实现自 动化。