CN1081327C

CN1081327C - 岩芯孔隙结构非接触连续测量装置

Info

Publication number: CN1081327C
Application number: CN 96115667
Authority: CN
Inventors: 路德明; 徐树臣; 孙志楷; 陈能范; 杨振华; 蔡明华; 李欣; 唐仁骐; 刘华; 刘广智; 王冰; 徐刚; 薛清太
Original assignee: INST OF GEOLOGICAL SCIENCE SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATIVE BUREAU; Ocean University of Oingdao
Current assignee: INST OF GEOLOGICAL SCIENCE SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATIVE BUREAU; Ocean University of Oingdao
Priority date: 1996-02-12
Filing date: 1996-02-12
Publication date: 2002-03-20
Anticipated expiration: 2016-02-12
Also published as: CN1157410A

Abstract

一种岩芯孔隙结构非接触连续测量装置，它是由真空装置、补汞装置、高压动力装置，与其连通的压力计量装置和体积计量装置，岩芯室和相应的中央控制装置等组成。其特征是岩芯室的位置应保证较体积计量装置和压力计量装置内初始汞面高760mm，又专门设计了具有校准和测量声道的超声波体积计量装置，且只采用一种与汞无污染的传递介质乙醇。可以获得完整的高精度测量数据，重复性好，操作连续而又方便，是地质油藏岩样研究的必备专用设备。

Description

岩芯孔隙结构非接触连续测量装置

本发明涉及一种自真空至高压连续测量油藏岩样微量汞体积变化与压力对应关系的岩芯孔隙结构非接触连续测量装置。

在地质科学油藏岩样研究中，采用通称压汞仪的已有技术，大都是触点法、电阻法等直接接触的结构和方式，对其中的工作介质的汞造成污染，产生汞齐或汞化合物，使测试计量元件性能改变，重复性差，需经常更换汞；美国先进的9220型压汞仪，虽然采用非接触的电容法测量汞体积变化，但在测量压汞曲线时，需分段进行，且又不能获得一个完整的退汞曲线。即在真空到大气压力段，岩芯需在低压室用气体作为压力传导介质测量汞体积变化，从大气压到高压段，岩样则需在高压室以油作为压力传导介质测量汞体积变化，油与汞在高压下相混也有污染，压汞阶段需两个过程进行，期间还需对测量中的岩样进行一定的操作，而当退汞退到大气压后则停止不能继续进行，因此不但不能得到完整的退汞曲线，而且也大大影响了精度，使用很不方便。

本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种自真空——大气压——高压及其逆过程皆可以连续的、非接触的测量，且测量方便，数据完整的岩芯孔隙结构非接触连续测量装置。

本发明是这样实施的：是在已有技术基础上作重大的设计改进。首先利用重力差原理，将岩样测量的部位——岩芯室的位置提高，设置在使其顶部较压力测量装置的压力传感器的入口和体积计量装置中测量声道内(体积计量管)的初始汞面高出约760mm(相当于大气压汞柱高)，这样在技术上保证了使岩样总是处于正压力下进行全部计量，获得完整的退汞曲线。其二，为了消除畸变，提高测量精度，使操作连续方便，体积计量装置为一种专门设计的超声微量汞体积计量装置，即超声体积计量装置，利用超声波测量汞面位置的变化和采用对计量装置有清洗作用的乙醇作为压力传递介质，特制的两只结构相同的超声发射-接收装置分别置于测量声道和标准声道上端，并辅以中央控制装置相适配而成。

为了便于理解在不同压力和温度下超声波非接触测量及其优越性，简明的阐述其结构原理是必要的。如图6所示，两只结构和性能相同的超声波发射-接收装置，受相应的中央控制装置和电子线路的控制发射和接收超声波，该声波透过径向尺寸相等且充有乙醇的双声道体抵达汞与乙醇的分界面，声波分别被反射回已处于接收状态的超声波发射-接收装置上，再将声信号转换为电信号，通过中央控制装置进行识别处理并测出声波在双声道中传播的时间T₁和T₂(T₁、T₂分别为校准声道和测量声道在某一压力和温度下的声波传输时间)，在校准声道底部置少量汞，用来形成与测量声道在同一压力和温度下保持相同形状的反射面，由于标准声道的长度L已知，故可以精确求出超声波在该物理状态下的传播速度V＝L/T₁，V与T₂的乘积即为测量声道中汞面至超声波发射-接收装置表面的距离，不同的汞面位置，即测量声道中汞的减少则为不同压力下压到岩芯孔隙中的汞量。

该装置保证了在整个测量过程(获得压汞曲线和退汞曲线)，岩样可以始终放在一个岩芯室内，也勿需对岩样进行某种操作，而且测量中只采用一种压力传递介质——乙醇，不但不会与汞相混而污染，又可以起清洗测量声道及相关的测量元件的作用。加之，随着压力和温度的变化，校准声道和测量声道又总是处于相同的物理状态下(压力、温度、汞表面形状)进行计量，因此可以获得高精度的非接触测量数据，重复性好，操作连续而又方便。

下面结合附图详细给出本发明的具体实施例。

图1.本发明的总体结构方框原理图。

图2.岩芯室与测量声道和补汞装置的补汞杯C中的初始汞面及压力传感器入口的相对位置示意图。

图3.超声波发射-接收装置的结构示意图。

图4.超声体积计量装置的双声道体结构原理图。

图5.双声道体A面结构示意图。

图6.超声测量原理图。

其中，1.岩芯室；2.超声体积计量装置；3.压力计量装置；4.补汞装置；5.真空装置；6.高压动力装置；7.接口；8.中央控制装置；9.高压管路；10.乙醇；11.乙醇阀；12.真空阀；13.真空管路；14.汞；15.汞管路；16.补汞阀；17.岩芯室阀；18.透声抗压薄膜；19.压电器件；20.反声后衬垫；21.螺孔；22.引出线；23.插座；24.承压体A；25.超声波发射-接收装置；26.双声道体；27.测量声道；28.压力源接口；29.通道；30.O型圈凹槽；31.校准声道；32.承压体B；33.岩芯室接口；34.岩芯(岩样)；35.电磁阀。

S₁～S₄为压力传感器；C为补汞装置的补汞杯。

H：岩芯室最高密封处。

O：初始汞面的位置。

如图1和图2所示，本发明由高压泵与高压管路[9]构成的高压动力装置[6]，真空泵与真空阀[12]、真空管路[13]构成的真空装置[5]，与高压动力装置[6]连通的压力计量装置[3]及超声体积装置[2]，汞[14]，汞管路[15]及补汞阀[16]构成的可上下调节的补汞装置[4]，一个或多个岩芯室阀[17]与岩芯室[1]和有多个接口[7]的中央控制装置[8]组成。为了将真空到大气压这个负压力段的压力计量转换成相对压力从0MPa至0.1MPa，从而达到全部计量在正压力下进行，在总体结构设计中，将岩芯室[1]位置提高，设置在使其顶端(H)较超声体积计量装置[2]的测量声道[27]的初始汞面和压力测量装置[3]的各个压力传感器S₁至S₄的入口高出约760mm。该岩芯室[1]是带有密封盖的圆柱腔体，根据岩样分析的需要可以有不同容积的R₁至Rn的多个岩芯室[1]，采用不锈钢制作，技术上应保证在高压下长期工作不产生形变。上述中央控制装置[8]是有多个接口[7]的电子计算机。

专门设计的体积计量装置为非接触超声体积计量装置[2]，是由两只结构相同的超声波发射-接收装置[25]和与其相吻合的双声道体[26]，通过4或6个螺孔[21]以螺钉将两者的承载圆柱体——承压体A[24]和承压体B[32]固定密封构成的，如图3、图4和图5所示。承压体A[24]和承压体B[32]之间有一片透声抗压薄膜[18]，并经由承载体B[32]上端的O型凹槽[30]中的O型密封圈密封，上述两只超声波发射-接收装置[25]设置在承压体A[24]轴线附近的对称位置上，与其对应的双声道体[26]主要是由径向尺寸相同的直通圆孔的测量声道[27]和有一定深度的盲圆孔的校准声道[31]构成，其间顶部的通道[29]将两者连通，用来传递压力和乙醇，如图4和图6。校准声道[31]的底部放入少量汞[14]，以形成与测量声道[27]下部的汞有相同形状的反射面。测量声道[27]下端的岩芯室接口[33]经由岩芯室阀[17]与岩芯室[1]相通，经由补汞阀[16]和汞管路[15]与可调节的补汞装置[4]相通，形成工作介质汞的通路。上端侧面上有一压力源接口[28]，经由乙醇阀[11]，高压管路[9]与高压动力装置[6]相通。高压管路[9]内，测量声道[27]和校准声道[31]上部皆充满无水乙醇[10]，形成压力传递介质通路。

上述超声波发射-接收装置[25]是由固定于承压体A[24]下端面的压电器件[19]，胶合在其后的反声后衬垫[20]，引出线[22]和固定在承压体A[24]上端的插座组成。该压电器件[19]是PZT(锆钛酸铅)压电陶瓷片，其谐振频率为3.5MHz，利用它产生超声波并接收回波信号，并受控于有多个接口[7]的中央控制装置[8]。

上述与高压动力装置[6]相通的压力计量装置[3]是由四个压力传感器S₁至S₄，并通过相应的电磁阀[35]实现分级计量，以保证低压测量的精度。

上述用导电胶贴附在压电器件上的透声抗压薄膜[18]宜选用一定厚度(0.03～0.05mm)的钛片，以有效地防止压电器件[19]在高压力被压碎，并具有良好的透声性能；承压体A和B的尺寸由其制成的可承受高压的不锈钢材料所限，通常宜选径向尺寸为100mm左右。测量声道[27]和校准声道[31]的径向尺寸宜选在10mm左右。高压管路[9]等皆为不锈钢管制成。工艺上必须确保工作压力从0.002MPa至50MPa以上安全可靠。

综上所述，本发明的优点是显而易见的，不仅可以获得高精度的完整的测量数据，重复性好，而且操作连续方便，整个测量过程可进行实时观测，是地质科学油藏岩样研究的必备专用装置。

Claims

1.岩芯孔隙结构非接触连续测量装置，它是由高压泵与高压管路[9]构成的高压动力装置[6]，真空泵与真空管路[13]、真空阀[12]构成的真空装置[5]，与高压动力装置连通的压力计量装置[3]及体积计量装置[2]，汞[14]、汞管路[15]及补汞阀[16]构成的可上下调节的补汞装置[4]，一个或多个岩芯室阀[17]与岩芯室[1]和有多个接口[7]的中央控制装置[8]组成，其特征在于：

A).岩芯室[1]设置在使其顶部(H)较体积计量装置[2]的测量声道[27]的初始汞面和压力测量装置[3]的压力传感器的入口高出约760mm；

B).体积计量装置[2]是由两只结构相同的超声波发射-接收装置[25]和与其相吻合的双声道体[26]通过多个螺孔[21]以螺钉将两者的承载圆柱体——承压体A[24]和承压体B[32]固定密封构成的，承压体A[24]与承压体B[32]之间有一透声抗压薄膜[18]，并经由承载体B[32]上端的O型圈凹槽[30]中的O型密封圈密封，且两只超声波发射-接收装置[25]设置在承压体A[24]轴线附近的对称位置上，双声道体[26]是由径向尺寸相同的直通圆孔的测量声道[27]和有一定深度的盲圆孔的校准声道[31]构成，其间顶部的通道[29]将两者连通，校准声道[31]的底部放入少量汞，测量声道[27]下端的岩芯室接口[33]经由岩芯室阀[17]与岩芯室[1]相通，经由补汞阀[16]和汞管路[15]与可调节的补汞装置[4]相通，上端侧面上则有一压力源接口[28]，经由乙醇阀[11]高压管路[9]与高压动力装置[6]相通，高压管路[9]内，测量声道[27]和校准声道[31]上部皆充满无水乙醇[10]。

C).中央控制装置[8]是有多个接口的电子计算机。

2.根据权利要求1所述的的装置，其特征在于上述超声波发射接收装置[25]是由固定于承压体A[24]下端面的锆钛酸铅压电器件[19]、胶合在其后的反声后衬垫[20]、引出线[22]和固定于承压体A[24]上端的插座[23]组成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于上述透声抗压薄膜[18]是厚度为0.03-0.05mm的钛片。