高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣勘探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自 動檢測的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 擴散是指烴類氣體在濃度梯度的作用下，氣體分子從高濃度區(qū)通過各種介質(zhì)向低 濃度區(qū)自由迀移達到平衡的一種物理過程。擴散作用是油氣運移的重要機理之一，它對于 油氣，特別是天然氣（因為天然氣的分子小、重量輕、活動性強，因此在地下具有較強的擴 散性）的運移、聚集、成藏、保存和破壞起至關(guān)重要的作用。
[0003] 對于已經(jīng)聚集的油氣藏，除蓋層自身封閉能力以及斷層的影響外，蓋層巖石對于 烴類的擴散能力也是影響油氣藏后期改造、破壞的最重要因素。然而，除了作為常規(guī)傳統(tǒng)的 破壞因素，擴散在天然氣運移、聚集和成藏過程也可能產(chǎn)生積極作用和貢獻，尤其在非常規(guī) 致密砂巖、頁巖氣等領(lǐng)域。擴散系數(shù)作為描述天然氣通過巖石擴散速度快慢的重要評價參 數(shù)，是天然氣擴散充注量和散失量計算中必不可少的重要參數(shù)。
[0004]目前，實驗室中一般采用間接方式來測定擴散系數(shù)，例如：先測定一定時間內(nèi)樣品 的擴散量或擴散濃度，然后再根據(jù)這些實測值通過某種方法確定或求得擴散系數(shù)值。然而， 通過這種方式測定的擴散系數(shù)由于受到實驗溫壓條件及地質(zhì)時間的限制，與實際的地質(zhì)條 件下巖石真正的擴散能力存在偏差，而且在地質(zhì)時期中隨著埋深增加、壓實成巖作用增強， 天然氣的擴散系數(shù)在不同地質(zhì)時期也是不同的。進一步的，最大程度接近實際地質(zhì)高溫高 壓條件測定巖石烴類的擴散系數(shù)，對于準確評價巖石中烴類擴散能力，評估天然氣擴散充 注量和擴散散失量，開展常規(guī)、非常天然氣的運移、聚集、成藏及保存研究及資源評價都具 有極其重要的作用。
[0005] 目前，對于巖石中烴類氣體擴散系數(shù)的求取方法已有一些行業(yè)標準，一般采用如 圖1所示測定裝置進行擴散系數(shù)的測定，在圖1，1和3表示取樣閥，2表示巖心夾持器，4表 示恒溫箱，5、7、8、9、12和13表示截止閥，6表示壓差傳感器，10和11表示壓力表，14和15 表示三通閥，16表示圍壓跟蹤栗，17表示真空栗，18表示經(jīng)類氣源，19表示氮氣氣源，20表 示氣相色譜儀。具體的，通過手動控制閥門取氣進氣相色譜儀20或者直接采用排水法取氣 再進氣相色譜儀20的方式。
[0006] 然而，考慮到烴類氣體和氮氣在水中都具有一定的溶解度，排水取氣法可能造成 擴散初始階段檢測不到烴類氣體濃度的變化，從而推遲擴散開始的時間導致最終擴散系數(shù) 值變??；而由于色譜檢測需要的氣量很小，人工控制閥門取氣容易造成取氣量偏大從而使 擴散室內(nèi)壓力損失大而達不到實驗條件的需求。進一步的，人工控制的方式還會造成兩擴 散室的壓力不平衡，從而導致氣體是由壓力差突破樣品而不是由濃度差擴散過去，從而使 得測定結(jié)果偏大。且人工控制的方式要求操作人員每隔一段時間取氣一次，不僅工作量大 還容易因手工操作帶來一定的分析誤差。
[0007] 針對上述確定的擴散系數(shù)不準確的技術(shù)問題，目前尚未提出有效的解決方案，因 此有必要對現(xiàn)有設(shè)備進行改造以克服裝置的局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明實施例提供了一種高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測的裝置，以達 到準確測定擴散系數(shù)的目的，該裝置包括：
[0009] 第一高壓腔1、第一低壓腔3、第一氣動執(zhí)行器2、第二氣動執(zhí)行器4、第二高壓腔8、 第二低壓腔9、第三氣動執(zhí)行器10、第四氣動執(zhí)行器11、第一自動六通閥5、第二自動六通閥 14、氣相色譜檢測儀7、左擴散室12和右擴散室13,其中：
[0010] 所述第一高壓腔1通過第一連接管線與所述左擴散室12相連，所述第一氣動執(zhí)行 器2連接在所述第一連接管線上，所述第一氣動執(zhí)行器2用于對所述第一高壓腔1與所述 左擴散室12之間的連通性進行控制；
[0011] 所述第一高壓腔1通過第二連接管線與所述第一低壓腔3相連，所述第二氣動執(zhí) 行器4連接在所述第二連接管線上，所述第二氣動執(zhí)行器4用于對所述第一高壓腔1與所 述第一低壓腔3之間的連通性進行控制；
[0012] 所述第二高壓腔8通過第三連接管線與所述右擴散室13相連，所述第三氣動執(zhí)行 器10連接在所述第三連接管線上，所述第三氣動執(zhí)行器10用于對所述第二高壓腔8與所 述右擴散室13之間的連通性進行控制；
[0013] 所述第二高壓腔8通過第四連接管線與所述第二低壓腔9相連，所述第四氣動執(zhí) 行器11連接在所述第四連接管線上，所述第四氣動執(zhí)行器11用于對所述第二高壓腔8與 所述第二低壓腔9之間的連通性進行控制；
[0014] 所述第一自動六通閥5,與所述第一低壓腔3和所述氣相色譜檢測儀7相連，所述 第二自動六通閥14,與所述第二低壓腔9和所述氣相色譜檢測儀7相連，所述第一自動六通 閥5用于定量收集所述第一低壓腔3中的氣體，所述第二自動六通閥14用于定量收集所述 第二低壓腔9中的氣體，并將收集的氣體導入所述氣相色譜檢測儀7中進行檢測。
[0015] 本發(fā)明實施例還提供了一種通過上述高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測 的裝置進行擴散系數(shù)自動檢測的方法，以達到準確測定擴散系數(shù)的目的，該方法包括：
[0016] 在一側(cè)的擴散室中注入待測烴類氣體，在另一側(cè)擴散室中注入氮氣，開啟第一氣 動執(zhí)行器控制第一高壓腔與左擴散室連通，開啟第三氣動執(zhí)行器控制第二高壓腔與右擴散 室連通；
[0017] 在預定時間后，關(guān)閉第一氣動執(zhí)行器和第三氣動執(zhí)行器，開啟第二氣動執(zhí)行器控 制第一高壓腔與第一低壓腔連通，開啟第四氣動執(zhí)行器控制第二高壓腔與第二低壓腔連 通；
[0018] 通過第一自動六通閥和第二自動六通閥控制所述第一低壓腔和所述第二低壓腔 中的氣體定量導入氣相色譜檢測儀中進行檢測。
[0019] 在本發(fā)明實施例中，提供了一種高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測的裝 置，該裝置包括：高壓腔、低壓腔、氣動執(zhí)行器、自動六通閥和氣相色譜檢測儀等，通過該測 定裝置可以實現(xiàn)自動取氣，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)操作繁瑣，擴散系數(shù)測定不準確的技術(shù)問 題，達到了有效提供擴散系數(shù)測定結(jié)果準確性的技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0020] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0021] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的巖石中烴類擴散系數(shù)測定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測的裝置的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的自動六通閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖4是通過本發(fā)明實施例提供的高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測的裝 置進行擴散參數(shù)自動檢測的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對 本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并 不作為對本發(fā)明的限定。
[0026] 發(fā)明人考慮到，可以對現(xiàn)有的巖石中烴類擴散系數(shù)測定裝置進行改進，以使得其 可以自動取氣并且可以將色譜定量后的多余氣體回注，從而克服現(xiàn)有的巖石中烴類擴散 系數(shù)測定裝置的局限。為此，提出了一種巖石中烴類擴散系數(shù)測定高溫高壓下巖石中烴類 擴散系數(shù)自動檢測的裝置，高壓腔、低壓腔、氣動執(zhí)行器a(第一氣動執(zhí)行器）、氣動執(zhí)行器 b (第二氣動執(zhí)行器）各為兩套，可替換高溫高壓巖石擴散系數(shù)測定裝置中的手動取氣部 分，這兩套分別與巖心夾持器兩側(cè)的擴散室（左擴散室和右擴散室）相連接。高壓腔、低壓 腔和擴散室之間的連接管線上設(shè)置氣動執(zhí)行器來控制二者之間的連通性，其中，低壓腔與 高壓腔相連，高壓腔還與擴散室相連。自動六通閥與低壓腔相連，用于定量收集低壓腔內(nèi)的 氣體并導入氣相色譜檢測儀。
[0027] 具體地，如圖2所示，該高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測的裝置包括：第 一高壓腔1、第一低壓腔3、第一氣動執(zhí)行器2、第二氣動執(zhí)行器4、第二高壓腔8、第二低壓腔 9、第三氣動執(zhí)行器10、第四氣動執(zhí)行器11、第一自動六通閥5、第二自動六通閥14、氣相色 譜檢測儀7、左擴散室12和右擴散室13,其中：
[0028] 第一高壓腔1通過第一連接管線與左擴散室12相連，第一氣動執(zhí)行器2連接在第 一連接管線上，第一氣動執(zhí)行器2用于對第一高壓腔1與左擴散室12之間的連通性進行控 制；
[0029] 第一高壓腔1通過第二連接管線與第一低壓腔3相連，第二氣動執(zhí)行器4連接在 第二連接管線上，第二氣動執(zhí)行器4用于對第一高壓腔1與第一低壓腔3之間的連通性進 行控制；
[0030] 第二高壓腔8通過第三連接管線與右擴散室13相連，第三氣動執(zhí)行器10連接在 第三連接管線上，第三氣動執(zhí)行器10用于對第二高壓腔8與右擴散室13之間的連通性進 行控制；
[0031] 第二高壓腔8通過第四連接管線與第二低壓腔9相連，第四氣動執(zhí)行器11連接在 第四連接管線上，第四氣動執(zhí)行器11用于對第二高壓腔8與第二低壓腔9之間的連通性進 行控制；
[0032] 第一自動六通閥，與第一低壓腔3和氣相色譜檢測儀7相連，第二自動六通閥，與 第二低壓腔9和氣相色譜檢測儀7相連，第一自動六通閥用于定量收集第一低壓腔3中的 氣體，第二自動六通閥14用于定量收集第二低壓腔9中的氣體，并將收集的氣體導入氣相 色譜檢測儀7中進行檢測。
[0033] 通過上述高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測的裝置可以有效解決現(xiàn)有高 溫高壓巖石中烴類擴散系數(shù)測定裝置不能自動取氣及回注的在線檢測問題，可以實現(xiàn)設(shè)備 自動取氣并聯(lián)機在線檢測，避免了人為操作帶來的實驗誤差，同時也減少了操作人員的工 作量。該設(shè)備能夠幫助準確高效地測定高溫高壓下巖石中烴類的擴散系數(shù)，為開展天然氣 擴散充注量、散失量評價提供科學的數(shù)據(jù)支持，對蓋層封閉機理研究和封氣能力評價具有 重要意義，應(yīng)用前景廣闊。
[0034] 為了解決余氣回注的問題，將經(jīng)色譜定量后的剩余氣體注回擴散室內(nèi)，減小擴散 室內(nèi)的壓力損失，如圖2所示，還可以在上述高溫高壓下巖石中烴類擴散系數(shù)自動檢測的 裝置中設(shè)置回注栗6,該回注栗6分別與第一低壓腔3和第二低壓腔9相連，用于將定量后 剩余的氣體注回左擴散室12和右擴散室13。
[0035] 考慮到人為控制容易導致測量結(jié)果不準確，在本例中，通過控制器，對第一氣動執(zhí) 行器2、第二氣動執(zhí)行器4、第三氣動執(zhí)行器10、第四氣動執(zhí)行器11、第一自動六通閥5和第 二自動六通閥14進行集中控