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QKY-2型气体孔隙度仪说明书

一、概    述

孔隙度是岩石的重要性质之一，它定义为孔隙体积与岩石几何体积的比值，通常用百分数表示。这种油田水烃类物质占据的孔隙空间的大小，无论对合理评价油藏，还是对油藏进行工程施工都是必不可少的参数，

我们根据美国岩心公司的孔隙度仪并参考了大量的资料设计的气体孔隙度仪，具有结构简单、操作方便、测定速度快、性能稳定等特点，是岩心分析实验室必不可少的装置。

二、工作原理

气体孔隙度仪是测量体积的一种仪器，用它可以测定岩样的骨架体积和孔隙度体积，利用气体膨胀原理，即玻义尔（BoyLE）定律，已知体积的气体在确定的压力下向未知体积等温膨胀，膨胀后可测定最终的平衡压力。平衡压力的大小取决于未知体积的大小，而未知体积的大小由玻义尔定律求得。

该仪器可用两种气体作为驱替介质，氮气和氦气。对于一般的砂岩可用氮气，对于较为致密的灰岩和孔隙较小的岩样可用氦气测定。用氦气的理由是：①．微小的氦气（分子分子半径r=0.9A）作为介质能够进入与油藏岩石伴生的毛细管；②．分子量低的氦气（M=4）对岩石具有较高的渗透能力；③．岩石表面对氦气吸咐性较差。

根据玻义尔定律如图所示：气体的已知体积V_k与所测压力P_k下等温膨胀到未知室体积V中，膨胀后测量最终平衡压力P这个平衡压力取决于未知体积量，未知体积可以用玻义尔定律求得：

图1：BoyLE原理图

V_KP_K=V·P+V_KP…………………………………………  ⑴

V=V_K（P_K－P）／P ……………………………………… ⑵

对于低压真实气体，在弹性体积中作等温膨胀，考虑到器壁的压变性，忽略一些次要因素，计算由下式表示：

式中：V 未知室空间体积，cm³；

V_K 已知室空间体积，cm³；

P_K 已知室的（原始）压力，MPa；

P 平衡压力，MPa；

Po 当天大气压力，MPa；

G 体积的压力系数。

㈠．岩样颗粒体积的测定

由上述所知，只要用同样的方法进行两次实验就可以确定出岩样的颗粒体积，即未知室不装岩样时得到的平衡压力为P₁，未知室空间体积为V₁

未知室里装上岩样时得到的平衡压力P，未知室的空间（包括岩心当中的孔隙体积）体积V₂

④式－⑤式为岩样的颗粒体积Vg

Vg＝V₁－V₂

这里应该指出的是：由于我们所用的气体孔隙度仪结构设计上考虑了精度和已知室的校正问题，所以在岩样杯（未知室）中装满了不同体积的钢盘，在测定P1时，应在岩样杯中装满钢园盘，测定P时应从杯中取出与岩样体积相当的钢盘体积，记录取出钢园盘体积V_钢，所以颗粒体积为：

Vg=V₁+V_钢－V₂ ……………………………………⑹

㈡．用TY－B岩心夹持器测定岩样的孔隙体积：

用气体孔隙度仪与TY－B岩心夹持器连接，就可以测定岩样的孔隙体积，TY－B岩心夹持器如图所示：（见图2）

首先在夹持器中装一不渗透的钢（或有机玻璃）柱塞，用高压气体向岩心夹持器的环形空间加压，使胶皮筒紧贴柱塞使之密封。然后打开阀门使已知室的气体膨胀到夹持器中，获得平衡压力P₁即得到一个空间（包括通往加压柱塞管线的空间）体积为V₁。

然后，用标准园形岩心替换夹持器中的钢柱塞，用同样的方法获得平衡压力，即又得到一个空间体积V（包括岩样内孔隙体积+V₁）。岩样的孔隙体积V_P为：

V_P＝V－V₁

㈢、岩样外表体积与孔隙度的确定

1．外表体积的求法：

V_f＝π／4·D²·H ……………………………………⑺

式中：V_f岩样外表体积，cm³；

      D岩样直径，cm；

      H岩样高度，cm

2．孔隙度的求法：

根据下式就可求出岩样的孔隙度Ф：

Ф=1－Vg／V_f 或 Ф=V_P／V_f………………………⑻

㈣．公式③中V_K、G确定

其方法是在同一原始压力P_K下测定：

⑴．岩样杯中装满钢园盘时的平衡压力P₁；

⑵．从杯中取出第一号钢园盘后的平衡压力P₂；

⑶．从杯中取出第三号钢园盘（同时装进第一号钢园盘）的平衡压力P₃；

根据公式③就可以知道下面三个描述性方程：

由⑾－⑼式得：

由⑽－⑼式得：

令：

所以：V₃－V₁＝A·V_K＋B·G

      V₂－V₁＝C·V_K＋D·G

经整理得：

式中：

（V₂－V₁）第一次取出的第一号钢园盘体积；

（V₃－V₁）第二次取出的第三号钢园盘体积；

Po大气压力；

其余符号同前

三、仪器结构及各部件说明

本仪器是根据玻义尔定律设计的，所以等温很重要，故要求安装在非通气区，没有空气直接流通的室内实验台上，只要温度稳定在2%范围内，即可测得稳定的结果。流程图，见下图：

气体孔隙度仪流程图

仪器有下列部件：

1．带有调节器的高压钢瓶一个，瓶内压力约15MPa，用它来作仪器的气源。

2．气源阀：供给孔隙计调节器低于1MPa氦（氮）气，当供气阀关闭时，调节器通过常泄，使压力保持恒定。

3．调节器：将1MPa的压力准确地调节到0.6MPa以下。

4．供气阀：连接0.6MPa以下压力的气体到标准室和压力计，它是标准室体积的上游极限。

5．标准室：已知体积室。

6．样品阀：能使标准室内0.6MPa压力的气体连接到未知室体积上去，它是标准室体积的下游极限。

7．放空阀：使末知体积中的初始压力为0MPa，同时又可以使平衡后的气体放入大气。

8．压力计：测量体系中气体压力，用来指示标准室的压力准确达到0.6MPa以下，并指示体系平衡的压力。

四、测试准备

㈠．样品准备

1．样品加工：将待测样品用钻床成直径为50mm，长度为100mm，如果不能加工成规则形状的样品，可用其它方法制成能放入岩心室的形状也可以。

2．样品处理：含油样品先洗油（含盐量大的要除盐），在105℃的烘箱中烘干（时间长知可视具体情况而定），然后放入干燥器中冷至室温，等测。

㈡．仪器准备

1．连接好岩心室或夹持器；

2．接通气源；

3．关闭放空阀和样品阀，打开气源阀和供气阀，用调节器使标准室的压力达到0.6MPa以下。

4．关闭供气阀，稳定一段时间后，加压力不下降，说明整个系统不漏气，否则就需要检漏。

5．打开样品阀，稳定一段时间后，如压力不下降，说明整个系统不漏气，否则就应检漏（可用肥皂液检漏）。

6．如果停用时间较长，正式测量之前应对压力计进行校正。

五．测试步骤

㈠．颗粒体积测定：

1．测量各个钢园盘和岩样的几何体积，用游标卡尺量其直径与长度。为了便于区分，将钢园盘从小到大编号为1、2、3、4。

2．将测量后的钢园盘全部装入样品杯中，并把该杯密封于夹持器中。

3．开气源阀、供气阀，用压力调节器将压力调至原始压力P_k，待压力稳定后，关闭供气阀，并记下P_k然后关闭放空阀。开样品阀，气体膨胀到样品杯（末知室），压力计读数从P_k下降，待压力稳定后，记下此平衡压力P₁。

4．关样品阀，开放空阀，取出1号钢园盘，然后将样品杯在夹持器中密封，关放空阀重复步骤（3），记下平衡压力P₂及取出的1号钢园盘体积V₁，随后关掉样品阀，开放空阀，取出3号钢园盘（同时装入1号钢园盘），将样品杯装入夹持器中密封，关放空阀，重复步骤（3），记下平衡压力P₃及钢园盘V₂。

5．随后关掉样品阀，开放空阀，从样品杯中取出全部钢园盘，装入岩样，如岩样未装满岩样标，用钢园盘充填。尽量将样品杯填满（原则是使其空间体积缩小）。然后将样品杯装入夹持器中密封，重复步骤3记录下平衡压力P及取出的钢园盘体积V_钢。

一块样品测定完毕后，如要连续测多块样品，随后的岩样重复步骤5就可以了。

6．注意事项

A．系统压力全稳定后，才能读数，一般样品到一分钟就可稳定，致密样品，含泥质多的样品需二、三十分钟。一块样品重复测定时，中间要间隔1～2分钟后再测这定。

B．孔隙计停用时，关气瓶总阀，气源阀和样品阀，使系统保持一定压力，如果压力有损失，说明漏失。

C．孔隙计停用一段时间后，再启用时要试漏，压力计调零。

㈡．孔隙体积的测定

1．用管线将孔隙计出口与渗透率仪的TY－B岩心夹持器连接，按气体渗透率仪的操作规程将一实心钢园柱密封于夹持器中。

2．测孔隙计出口到实心园柱体端面第一段管线的空体积V₁（其方法见颗粒体积测定的有关步骤）。

3．按气体渗透率仪操作规程从夹持器中取出实心钢园柱体，换上待测样品，重复步骤2，测出样品加管线的空隙体积V₂。

4．按公式（3）计算出V₁和V₂，然后按下式计算孔隙体积：

V_P＝V₂－V₁ ……………………………………⒃

5．将上述数据填入原始记录表格；

6．注意事项（参见渗透率说明书）

六、数据处理

1．据附表中的参数按（9）～（15）式计算出V_K与G；

2．按（4）～（6）式计算岩样的颗粒体积Vg；

  按（4）、（5）、（16）式计算岩样的孔隙体积V_P；

3．按公式：

   Vf＝π／4·D²·H计算岩样外表面体积；

4．根据（8）式计算岩样的孔隙度Ф；

仪器主要技术参数

1．测试岩心直径：Ф50㎜

2．测试岩心长度：100㎜

3．工作介质：氦气和氮气

4．仪器配套：高压钢瓶1个、气压计1只、游标卡尺1把、干燥器1个（存放岩心用）（用户自备）

5．测量误差：0.5%～1.0%

附表：

孔隙度测定原始记录表格