CN116793444A - 岩样体积测量装置、测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩样体积测量装置、测量方法及系统，该装置包括：测量容器，其包括容器本体与盖合在所述容器本体口部的盖体，所述容器本体内具有第一密闭空间，所述盖体与所述容器本体口部的端面之间同心地设置有第一密封圈与第二密封圈并围成第二密闭空间；参比容器，其通过输入管线连通所述第一密闭空间；压力检测组件，其包括设置在所述输入管线上的第一压力传感器以及设置于第二密闭空间的第二压力传感器。基于本发明的技术方案，根据密封圈结构处的第二密闭空间的压力变化情况检测结果，可以准确反映密封圈结构的密封性，进而反映第一密闭空间中的平衡压力值的准确性，为实现高效的、准确的岩样体积测定提供了新手段。

Description

岩样体积测量装置、测量方法及系统

技术领域

本发明涉及岩样孔隙度测定技术领域，特别地涉及一种岩样体积测量装置、测量方法及系统。

背景技术

在岩样孔隙度测定过程中，气体法是测定岩样实体(骨架)体积的一种较为成熟的方法。其原理是：根据波义耳定律，一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，它的压力与体积成反比。将参比室与岩样室通过管线连结，管线上装有气体压力传感器(或压力表)和阀门，当在参比室中装入一定压力(P1)的气体(空气或氮气等)，在等温条件下，将气体输送到岩样室中，气体压力将下降，直至平衡，此时的压力称为平衡压力(P2)。此时，下列公式成立：

P1*V1＝P2*(V2+V1) (1)

其中：V1为参比室和参比室到阀门之间管线体积之和；V2为岩样室和岩样室到阀门之间管线体积之和；

当将实体体积为V3的岩样放入岩样室中时，重复上述过程，下列公式成立：

P1*V1＝P2*(V2+V1－V3)V3＝V2+V1-P1*V1/P2 (2)

由此可见，由于V2、V1和P1均为已知，只要测得装入岩样后的平衡压力P2，用公式(2)可以计算岩样实体体积，平衡压力P2是准确计算岩样实体体积的关键参数。

从原理和操作过程来看，这种方法的优点是仪器结构简单，操作简便。但也存在一定的缺陷和风险。

具体而言，密封圈是测量装置密闭空间保持密闭性的关键部件之一，参比室的气体进入测量室并进入岩样的孔隙过程中，因岩样而异，压力达到平衡所需要的时间有很大的差异，有的仅几分钟，有的需几十分钟才能达到平衡。在此过程中，耗时较长是因为密封圈处气体发生了渗漏，还是这就是正常的平衡过程，操作人员难以判断，致使工作效率、甚至测试质量受到影响。

目前，存在针对气体法测量岩样实体体积过程中气体渗漏的实时监测方法，其采取以下技术方案：一是将参比室、岩样室、气体密闭所涉及的管线和阀门等放置于一个相对密封的箱体中，这个箱体可以是相对密封的机箱，正面有门，方便放入取出岩样；二是在测量气体介质中混入一定量的示踪气体，这种示踪气体在大气中含量低，易于检测；三是在箱体内部或外部安装示踪气体检测装置，实时监测、显示箱体中示踪气体的浓度变化；四是设置示踪气体浓度变化量报警值，一旦示踪气体浓度变化量达到报警值的下限，表明气体发生渗漏，计算机即报警提示，则应停止岩样测试，检查管线、确定渗漏位置，进行密封处理。当气体压力下降而计算机不报警，说明气体正缓慢进入岩样的微小孔隙之中，仪器工作状态正常，可以安心观察压力变化情况，直到压力平衡。这种方案虽然能够监测装置的密封性，但是其需要额外设置示踪气体以及相应的检测部件，导致测量装置结构复杂。

因此，本发明提出了一种基于全新的气体渗漏监测手段的岩样体积测量装置、测量方法及系统，使装置的密封结构的密封性能处于实时监控状态，以保证测试工作效率和测试质量。

发明内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种岩样体积测量装置、测量方法及系统。

第一方面，本发明提出了一种岩样体积测量装置，包括：

测量容器，其包括容器本体与盖合在所述容器本体口部的盖体，所述容器本体内具有第一密闭空间，所述盖体与所述容器本体口部的端面之间同心地设置有第一密封圈与第二密封圈并围成第二密闭空间；

参比容器，其通过输入管线连通所述第一密闭空间；

压力检测组件，其包括设置在所述输入管线上的第一压力传感器以及设置于第二密闭空间的第二压力传感器。

在一个实施方式中，还包括：

加压组件，其具有连接所述盖体的加压部件，所述加压部件能够对所述盖体施加压力，以将所述盖体压紧于所述容器本体。

在一个实施方式中，所述加压组件包括固定支架与作为所述加压部件的加压螺杆，所述加压螺杆与所述固定支架上的螺孔相配合。

在一个实施方式中，所述容器本体口部的端面上和/或所述盖体的表面上设置有第一嵌槽与第二嵌槽，所述第一密封圈与第二密封圈分别部分地容纳于所述第一嵌槽与第二嵌槽中。

在一个实施方式中，所述输入管线上设置有控制阀门。

第二方面，本发明提出了一种岩样体积测量方法，应用于上述的岩样体积测量装置，包括以下步骤：

将岩样放入测量容器的第一密闭空间中，使测量容器的盖体盖合于其容器本体上并形成第二密闭空间；

向所述第一密闭空间中通入参比容器中具有一定压力的气体，经过一定时长的平衡过程达到压力平衡状态；

获取所述压力平衡状态下的所述第一密闭空间中的第一压力值，在所述平衡过程中持续获取所述第二密闭空间的第二压力值并确定其在所述平衡过程中的变化情况；

根据所述第二压力值的变化情况，判断是否输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数。

在一个实施方式中，根据所述第二压力值的变化情况，确定是否输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数，包括：

若所述第二压力值的变化情况为在某一数值附近波动且波动幅度处于预设范围内，则确定输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数；

若所述第二压力值的变化情况为在一段时间内持续增大，则确定不输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数。

在一个实施方式中，确定不输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数后，还包括：

更换所述盖体上围成所述第二密闭空间且靠近所述盖体中心的第一密封圈，并重新进行岩样的体积测量。

第三方面，本发明提出了一种岩样体积测量系统，其包括上述的岩样体积测量装置，进而具备其所具备的全部技术效果。

在一个实施方式中，还包括控制装置，所述控制装置电连接所述测量装置中的压力检测组件。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明提供的一种岩样体积测量装置、测量方法及系统，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

本发明的一种岩样体积测量装置、测量方法及系统，在测量容器中构造出两个相互独立的第一密闭空间与第二密闭空间，分别用于测量以及密封性监测。在测量过程中，根据密封圈结构处的第二密闭空间的压力变化情况检测结果，可以准确反映密封圈结构的密封性，进而反映第一密闭空间中的平衡压力值的准确性，为实现高效的、准确的岩样体积测定提供了新手段。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的测量装置的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

1-参比容器，2-控制阀门，3-第一密闭空间，4-盖体，5-容器本体，6-加压螺杆，7-固定支架，8-第一密封圈，9-第二密封圈，10-第二密闭空间，11-第二压力传感器，12-第一压力传感器，13-控制装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明的实施例提供了一种岩样体积测量装置，包括：

测量容器，其包括容器本体5与盖合在容器本体5口部的盖体4，容器本体5内具有第一密闭空间3，盖体4与容器本体5口部的端面之间同心地设置有第一密封圈8与第二密封圈9并围成第二密闭空间10；

参比容器1，其通过输入管线连通第一密闭空间3；

压力检测组件，其包括设置在输入管线上的第一压力传感器12以及设置于第二密闭空间10的第二压力传感器11。

具体地，如附图图1所示，本发明的测量装置主要包括测量容器、参比容器1以及压力检测组件三个部分。其中，测量容器内部构造出测量用的第一密闭空间3以及用于判断气密性的第二密闭空间10，参比容器1用于向第一密闭空间3中通入气体，压力检测组件中的第一压力传感器12与第二压力传感器11分别用于检测第一密闭空间3与第二密闭空间10中的压力值与压力变化情况。

具体而言，本发明的岩样体积测量装置的工作原理如下：

首先，将岩样放入测量容器并将测量容器的容器本体5与盖体4组装好，二者相配合的位置设置第一密封圈8与第二密封圈9，测量容器的容器本体5与盖体4围成第一密闭空间3，第一密封圈8与第二密封圈9之间形成环形的第二密闭空间10，岩样位于第一密闭空间3中。第一密封圈8与第二密封圈9的双重密封可以提高、加强密封性，同时第一密封圈8与第二密封圈9所形成的第二密闭空间10配合相应的压力传感器还可以主动监控测量容器的密封性；

其次，使参比容器1通过输入管线连通第一密闭空间3，同时检察压力检测组件中两个第一压力传感器12与第二压力传感器11设置到位；

然后，使参比容器1通过输入管线向第一密闭空间3中通入一定压力的气体，经过一定时长，通过第一压力传感器12与第二压力传感器11分别检测第一密闭空间3与第二密闭空间10中的压力情况并获得相应的压力值。

最后，根据压力情况判断测量容器的密封性是否良好，并根据密封性良好时的相应压力值来计算岩样的体积。

优选地，输入管线上设置有控制阀门2，控制阀门2用于控制输入管线的通断，以此控制气体的输入，并控制测量过程的开启。

第一密闭空间3与第二密闭空间10中的压力情况至少具有以下两种可能：

(1)经过一定时长的平衡过程，第一压力传感器12检测到第一密闭空间3中的压力达到平衡状态并获得平衡状态的第一压力值。在平衡过程中，第二压力传感器11持续检测第二密闭空间10的变化情况并检测到第二密闭空间10中的压力值稳定在某一数值附近，略有上下波动。

这表明测量容器的密封性良好，测量过程有效，第一压力值的数值可以作为计算岩样体积的计算数据。

(2)经过一定时长的平衡过程，第一压力传感器12检测到第一密闭空间3中的压力达到平衡状态并获得平衡状态的第一压力值。在平衡过程中，第二压力传感器11持续检测第二密闭空间10的变化情况并检测到第二密闭空间10中的压力值呈现持续增大的状态，随着平衡过程中时间的推移数值持续增大。

这表明测量容器的密封性不良，其中第二密封圈9的密封性良好，而第一密封圈8的密封性不佳，测量过程无效，第一压力值的数值不能作为计算岩样体积的计算数据。

此外，第一密闭空间3与第二密闭空间10中的压力情况至少具有以下第三种可能：

(3)经过一定时长的平衡过程，第一压力传感器12检测到第一密闭空间3中的压力达到平衡状态并获得平衡状态的第一压力值，但该平衡过程的耗时以及平衡状态的第一压力值均超出正常范围。在平衡过程中，第二压力传感器11持续检测第二密闭空间10的变化情况并检测到第二密闭空间10中的压力值呈现先增大后减小，波动程度超出正常范围。

这表明测量容器的密封性不良，其中第一密封圈8与第二密封圈9的密封性均不佳，测量过程无效，第一压力值的数值不能作为计算岩样体积的计算数据。

本发明的测量装置同样是基于气体法进行岩样体积的测量，气体法的原理是：根据波义耳定律，一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，它的压力与体积成反比。将参比容器1与测量容器的第一密闭空间3通过输入管线连接，在参比容器1中装入一定压力(P1)的气体(空气或氮气等)。在等温条件下，将气体输送到测量容器的第一密闭空间3中，气体压力将下降，直至平衡，此时的压力称为平衡压力(P2)。

此时，下列公式成立：

P1*V1＝P2*(V2+V1)

其中：V1为参比容器1和参比容器1与输入管线上的控制阀门2之间的输入管线的体积之和；V2为测量容器和测量容器与输入管线上的控制阀门2之间的输入管线的体积之和；

具体测量时，将实体体积为V3的岩样放入岩样室中时，重复上述过程，下列公式成立：

P1*V1＝P2*(V2+V1－V3)

V3＝V2+V1－P1*V1/P2

由此可见，由于V2、V1和P1均为已知，只要测得装入岩样后的平衡压力P2，用上述公式就可以计算处岩样的实体体积V3。平衡压力P2是准确计算岩样实体体积的关键参数，该关键参数由第二密闭空间10中的压力变化情况来判断是否准确。

进一步地，还包括：

加压组件，其具有连接盖体4的加压部件，加压部件能够对盖体4施加压力，以将盖体4压紧于容器本体5。

加压组件包括固定支架7与作为加压部件的加压螺杆6，加压螺杆6与固定支架7上的螺孔相配合。

具体地，如附图图1所示，加压组件用于向盖体4施加压力，保证盖体4压紧于容器本体5，以从组装结构上首先保证测量容器的密封性。具体操作为，旋转加压螺杆6并抵住盖体4的中心，进一步旋转加压螺杆6，在螺杆与螺孔的螺纹配合的作用下，加压螺杆6进一步伸出并挤压盖体4，使盖体4压紧在容器本体5上。此时，盖体4与容器本体5之间的第一密封圈8与第二密封圈9发生弹性形变，保证二者之间的密封性。

进一步地，容器本体5口部的端面上和/或盖体4的表面上设置有第一嵌槽与第二嵌槽，第一密封圈8与第二密封圈9分别部分地容纳于第一嵌槽与第二嵌槽中。

具体地，如附图图1所示，第一密封圈8与第二密封圈9位于盖体4与容器本体5的口部端面之间，为了保证第一密封圈8与第二密封圈9能够安装到位以及位置的相对固定，在容器本体5口部的端面上和/或盖体4的表面上开设第一嵌槽与第二嵌槽，可以部分地分别容纳第一密封圈8与第二密封圈9，以此实现第一密封圈8与第二密封圈9的定位。在本实施例中，参照附图图1，第一嵌槽与第二嵌槽开设在盖体4的表面上。

此外，第一密封圈8与第二密封圈9优选地仅仅是放置在第一嵌槽与第二嵌槽中，仅仅存在位置关系，而没有其他连接关系，方便对于密封圈的更换。

实施例2

本发明的实施例提供了一种岩样体积测量方法，应用于前述的岩样体积测量装置，包括以下步骤：

步骤S100：将岩样放入测量容器的第一密闭空间中，使测量容器的盖体盖合于其容器本体上并形成第二密闭空间；

具体地，将岩样放入到测量容器的第一密闭空间后，在结构上保持测量容器的密闭性，此时测量容器口部处通过密封圈结构形成第二密闭空间。

步骤S200：向第一密闭空间中通入参比容器中具有一定压力的气体，经过一定时长的平衡过程达到压力平衡状态；

具体地，打开参比容器与测量容器之间的输入管线上的控制阀门，使参比容器中具有一定压力的气体进入到测量容器的第一密闭空间中。此时，气体不断进入到岩样的孔隙中，容器中的气体压力下降，在没有渗漏的条件下，经过一段时间之后压力达到平衡，此时测得的压力为平衡压力。

步骤S300：获取压力平衡状态下的第一密闭空间中的第一压力值，在平衡过程中持续获取第二密闭空间的第二压力值并确定其在平衡过程中的变化情况；

步骤S400：根据第二压力值的变化情况，判断是否输出第一压力值作为岩样体积的计算参数；

步骤S410：若第二压力值的变化情况为在某一数值附近波动且波动幅度处于预设范围内，则确定输出第一压力值作为岩样体积的计算参数；

步骤S420：若第二压力值的变化情况为在一段时间内持续增大，则确定不输出第一压力值作为岩样体积的计算参数。

步骤S421：更换盖体上围成第二密闭空间且靠近盖体中心的第一密封圈，并重新进行岩样的体积测量。

具体地，在平衡过程中同时持续监测第二密闭空间内的压力变化情况，第二密闭空间的压力可能出现两种情况：

第一种，第二密闭空间内的压力稳定于某一个数值附近，略有上下波动，这反映密封圈结构的封闭性良好，装置状态正常，最终的平衡压力值可以应用于体积计算；

第二种，第二密闭空间内的压力呈现上升状态，随着时间的推移持续增大，这反映密封圈结构(靠近测量容器中心的第一密封圈)的封闭性状态不佳，装置状态异常，最终的平衡压力值不能应用于体积计算，应该结束样品测试，对密封结构的第一密封圈进行检查和更换。

实施例3

本发明的实施例提供了一种岩样体积测量方法，应用于前述的岩样体积测量装置，包括以下步骤：

步骤S100：将岩样A放入测量容器的第一密闭空间中，使测量容器的盖体盖合于其容器本体上并形成第二密闭空间；

步骤S200：打开控制阀门，向第一密闭空间中通入参比容器中的具有一定压力的气体，气体不断进入到岩样A的孔隙中，经过一定时长的平衡过程达到压力平衡状态；

步骤S300：获取压力平衡状态下的第一密闭空间中的第一压力值，在平衡过程中持续获取第二密闭空间的第二压力值并确定其在平衡过程中的变化情况；

步骤S400：根据第二密闭空间的压力变化情况，其压力没有明显的增大，表明测量容器的密封圈结构密封效果良好，工作状态正常，测量容器的第一密闭空间的气体平衡压力(第一压力值)可以用于岩样A体积的计算。

实施例4

本发明的实施例提供了一种岩样体积测量方法，应用于前述的岩样体积测量装置，包括以下步骤：

步骤S100：将岩样B放入测量容器的第一密闭空间中，使测量容器的盖体盖合于其容器本体上并形成第二密闭空间；

步骤S200：打开控制阀门，向第一密闭空间中通入参比容器中的具有一定压力的气体，气体不断进入到岩样B的孔隙中，经过一定时长的平衡过程达到压力平衡状态；

步骤S300：获取压力平衡状态下的第一密闭空间中的第一压力值，在平衡过程中持续获取第二密闭空间的第二压力值并确定其在平衡过程中的变化情况；

步骤S400：根据第二密闭空间的压力变化情况，其压力具有明显的持续增大过程，表明测量容器的密封圈结构密封效果不良，装置工作状态异常，测量容器的第一密闭空间的气体平衡压力(第一压力值)不能用于岩样B体积的计算。结束样品测试，对密封圈结构中靠近测量容器中心的内侧的第一密封圈进行检查和更换。

实施例5

本发明的实施例提供了一种岩样体积测量系统，其包括上述的岩样体积测量装置，进而具备其所具备的全部技术效果。

进一步地，岩样体积测量系统还包括控制装置，控制装置电连接测量装置中的压力检测组件。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种岩样体积测量装置，其特征在于，包括：

测量容器，其包括容器本体与盖合在所述容器本体口部的盖体，所述容器本体内具有第一密闭空间，所述盖体与所述容器本体口部的端面之间同心地设置有第一密封圈与第二密封圈并围成第二密闭空间；

参比容器，其通过输入管线连通所述第一密闭空间；

压力检测组件，其包括设置在所述输入管线上的第一压力传感器以及设置于第二密闭空间的第二压力传感器。

2.根据权利要求1所述的岩样体积测量装置，其特征在于，还包括：

加压组件，其具有连接所述盖体的加压部件，所述加压部件能够对所述盖体施加压力，以将所述盖体压紧于所述容器本体。

3.根据权利要求2所述的岩样体积测量装置，其特征在于，所述加压组件包括固定支架与作为所述加压部件的加压螺杆，所述加压螺杆与所述固定支架上的螺孔相配合。

4.根据权利要求1所述的岩样体积测量装置，其特征在于，所述容器本体口部的端面上和/或所述盖体的表面上设置有第一嵌槽与第二嵌槽，所述第一密封圈与第二密封圈分别部分地容纳于所述第一嵌槽与第二嵌槽中。

5.根据权利要求1至4任一项所述的岩样体积测量装置，其特征在于，所述输入管线上设置有控制阀门。

6.一种岩样体积测量方法，应用于如权利要求1至5任一项所述的岩样体积测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

将岩样放入测量容器的第一密闭空间中，使测量容器的盖体盖合于其容器本体上并形成第二密闭空间；

向所述第一密闭空间中通入参比容器中具有一定压力的气体，经过一定时长的平衡过程达到压力平衡状态；

获取所述压力平衡状态下的所述第一密闭空间中的第一压力值，在所述平衡过程中持续获取所述第二密闭空间的第二压力值并确定其在所述平衡过程中的变化情况；

根据所述第二压力值的变化情况，判断是否输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数。

7.根据权利要求6所述的岩样体积测量方法，其特征在于，根据所述第二压力值的变化情况，确定是否输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数，包括：

若所述第二压力值的变化情况为在某一数值附近波动且波动幅度处于预设范围内，则确定输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数；

若所述第二压力值的变化情况为在一段时间内持续增大，则确定不输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数。

8.根据权利要求7所述的岩样体积测量方法，其特征在于，确定不输出所述第一压力值作为岩样体积的计算参数后，还包括：

更换所述盖体上围成所述第二密闭空间且靠近所述盖体中心的第一密封圈，并重新进行岩样的体积测量。

9.一种岩样体积测量系统，其特征在于，其包括如权利要求1至5任一项所述的岩样体积测量装置。

10.根据权利要求9所述的岩样体积测量系统，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置电连接所述测量装置中的压力检测组件。