[发明专利]一种低渗岩矿孔隙度测量系统及方法

说明书

本发明提供了一种低渗岩矿孔隙度测量系统及方法。该系统包括：样品放置装置，具有用于放置低渗岩矿的待测样品的样品腔以及密封样品腔的端盖；第一活塞容器，通过第一隔离阀与样品腔相连；第二活塞容器，通过第二隔离阀与样品腔相连；真空阀；进气阀；阀门控制装置，用于控制第一隔离阀、第二隔离阀、真空阀和进气阀的启闭；第一压力传感器，设置在第一隔离阀和第一活塞容器之间；第二压力传感器，设置在第二隔离阀和进气阀之间；数据采集装置，用于采集第一活塞容器和第二活塞容器在压缩或后退行程中多个位置处对应的第一压力传感器和第二压力传感器采集的压力值；数据处理装置，用于根据数据采集装置采集的数据来计算获得待测样品的孔隙度。

技术领域

本发明涉及岩矿孔隙度测量技术领域，特别是涉及一种低渗岩矿孔隙度测量系统及方法。

背景技术

以致密气、煤层气和页岩气为代表的非常规天然气资源是当前世界各国天然气工业的重点勘探开发对象。孔隙度是岩矿多孔介质的重要物性，它定量表征了储层岩石总体积中作为油气资源储集空间的孔隙体积占比，是进行储层评价的关键参数。非常规天然气藏的储层岩矿具有极低的孔隙度(通常小于10％)，且页岩和煤具有大量微、纳米孔隙，具有很高的测量分析难度。基于钻井取心获得的实际岩样进行孔隙度的测量，是勘探流程中必不可少的环节，也是当前的技术难点之一。

目前，低渗岩矿孔隙度的测量方法主要包括饱水称重法、压汞法以及氦气膨胀法等。其中，传统的饱水称重法与冻融法需要预先使岩矿样品被水相饱和，但低渗岩矿样品完全饱水的预处理时间长、饱和效果不理想，且岩矿样品中的黏土矿物及有机质容易与入侵水相发生不可逆化学反应，造成样品破坏。压汞法同样会造成样品孔隙结构的破坏，无法开展多次重复试验。气体膨胀法主要通过测量氦气膨胀过程中的压力变化，计算岩矿样品的孔隙体积，进而计算样品的孔隙度。这种方法避免了饱水或压汞过程引起的样品不可逆变化，保存的样品不仅可以用于重复测试，还可用于岩矿的渗透率、含气性以及温吸附等多类实验，可以实现一次制备多次利用。因此，基于气体膨胀法的孔隙度测量技术具有很好的应用前景。

岩矿孔隙度被定义为其内部孔隙体积与外部可视体积(视体积)之比，其中样品视体积、视密度需要由独立的实验测量获得，孔隙度测量的核心任务是准确测量样品内部孔隙体积，或通过测量样品的多孔结构骨架体积计算其孔隙体积。气体膨胀法的基本思想是，通过测量样品腔内的压力变化，首先计算获得样品腔内的气体自由空间体积(Gas FreeSpace)，即样品腔空置体积与样品骨架体积之差。

进而，通过已知的或独立测量的样品腔空置体积，计算出样品骨架体积。为准确测量出样品腔空置体积及样品腔内气体自由空间体积，现有孔隙度测量技术主要采用以下技术方案：向样品腔中添加具有不同体积的标准不可渗固体体积块，并将其连通一个储气容器，在向样品腔填充样品前、后，通过操作某隔离阀的开闭，多次进行氦气膨胀试验，最终综合各次试验结果，计算得到样品腔空置体积以及样品腔内气体自由空间体积。

然而，低渗岩矿的孔隙度低、样品孔隙体积远小于样品腔空置体积，对样品腔空置体积、样品腔内气体自由空间体积的微小测量误差都会显著影响测量结果。考虑到这些因素，当前技术方案的主要缺陷在于：

1)连通样品腔和储气容器的隔离阀自身具有体积，在开启和关闭两种状态下，样品腔内气体自由空间体积会发生一定变化，该隔离阀自身体积甚至可以与样品内部孔隙体积处于相同数量级，目前技术方案无法对这部分体积进行准确测量；

2)为了防止氦气泄漏，样品腔需要进行妥善密封，涉及到密封垫片、O型圈等密封件的使用、压紧和更换，这使得每次样品腔开盖填充标准体积块并被连接至测量系统中时，其体积可能发生变化；

3)针对单个样品的测试过程涉及多次样品腔的拆、装，操作繁琐，自动化可扩展度低。

发明内容

本发明的一个目的是要提高低渗岩矿孔隙度测量的精准度。

本发明的另一个目的是要尽可能减小对低渗岩矿孔隙度测量系统引起误差的情况。