本發(fā)明涉及巖石滲透率測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，以致密氣、煤層氣和頁巖氣為代表的非常規(guī)天然氣資源逐漸成為世界各國勘探開發(fā)的重點(diǎn)對(duì)象。這類天然氣藏的主要特點(diǎn)是儲(chǔ)層具有極低的滲透率，通常在1mD以下。其中煤層氣和頁巖氣具有自生自儲(chǔ)特征，天然氣在儲(chǔ)層基質(zhì)中儲(chǔ)存和運(yùn)移的空間為微、納米尺度的裂縫和孔隙，其孔隙率小于10％，基質(zhì)滲透率低至1nD～1μD，屬于超低滲多孔介質(zhì)。對(duì)鉆井取芯獲得的低滲巖樣進(jìn)行滲透率測(cè)量，能夠?yàn)閮?chǔ)層評(píng)估和生產(chǎn)預(yù)報(bào)提供關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，對(duì)非常規(guī)天然氣資源的勘探具有重要意義。

目前對(duì)低滲儲(chǔ)層巖石的滲透率測(cè)量方法主要是壓力衰減法。其實(shí)驗(yàn)原理是在試驗(yàn)系統(tǒng)中人為制造巖石孔隙和外部環(huán)境的壓力差，使測(cè)試工質(zhì)氣體由外部環(huán)境流入巖石孔隙，引起外部環(huán)境的壓力衰減。通過分析傳感器記錄的壓力衰減曲線，反演獲得頁巖的滲透率信息。壓力衰減法原理有不同的儀器實(shí)現(xiàn)形式。以頁巖為例，美國石油協(xié)會(huì)(API)建議的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以機(jī)加工的圓柱形巖心樣品為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，沿圓柱軸線方向造成壓力差，進(jìn)而導(dǎo)致軸向一維氣體流動(dòng)。這種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的缺陷在于：1、由于圓柱頁巖樣品天然耦合了自然裂隙和基質(zhì)孔隙，自然裂隙滲透率較高，不能解耦測(cè)得基質(zhì)滲透率；2、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中必須引入圍壓輔助系統(tǒng)，使系統(tǒng)復(fù)雜性增加，同時(shí)巖心夾持器設(shè)計(jì)和加工要求較高。

針對(duì)這些缺陷，有研究者提出了針對(duì)巖石顆粒樣品的壓力衰減法實(shí)驗(yàn)。這類測(cè)量實(shí)驗(yàn)的對(duì)象是來源于鉆井屑或人工致裂的巖石顆粒，從樣品的角度屏蔽了大尺度自然裂隙的影響。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)法使巖石顆粒突然暴露在高壓氣體環(huán)境中，造成樣品中的徑向流動(dòng)，引發(fā)氣體環(huán)境的壓力衰減，并用壓力傳感器進(jìn)行記錄。這種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中不需要設(shè)置圍壓系統(tǒng)，系統(tǒng)的復(fù)雜程度也大幅降低。但系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在嚴(yán)重的共性問題，使測(cè)量結(jié)果的可信度較低：(1)為了復(fù)現(xiàn)巖石儲(chǔ)層壓力狀況，實(shí)驗(yàn)中氣體在高壓狀態(tài)下，因此選用的環(huán)境壓力傳感器量程通常在10MPa以上，而市面上常見的高壓壓力傳感器的精度下限為0.08％，這意味著傳感器的置信分辨率大約為8kPa。另一方面，由于巖石的孔隙率較低，孔隙絕對(duì)體積較小，如果不能很好地控制系統(tǒng)中氣體環(huán)境體積和樣品孔隙體積的比例，氣體環(huán)境壓力衰減的總量可能與置信分辨率處在同一量級(jí)，這使得壓力衰減曲線的置信度較低。(2)如果過分地追求較小的環(huán)境/孔隙體積比，系統(tǒng)的比熱容較低，環(huán)境溫度波動(dòng)的影響增大，系統(tǒng)的壓力衰減過程受到溫度波動(dòng)的干擾增大，這也會(huì)使壓力衰減曲線的置信度降低。

綜上所述，基于巖石顆粒樣品的壓力衰減原理、以高壓壓力傳感器為核心測(cè)量設(shè)備的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)精度方面具有本質(zhì)性的缺陷，使得低滲巖石樣品的滲透率測(cè)量值可信度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)，可在儲(chǔ)層壓力條件下測(cè)量巖石的滲透率，并顯著提高滲透率的測(cè)量精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)，所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)包括高壓氣源裝置、參考腔、樣品腔、入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置、自動(dòng)閥、球閥、壓差檢測(cè)裝置及控制裝置，其中，

所述參考腔與所述樣品腔之間連通的管道上依次設(shè)置有所述自動(dòng)閥和所述球閥；所述壓差檢測(cè)裝置與所述自動(dòng)閥并聯(lián)設(shè)置，且連接在所述參考腔與所述球閥之間；所述控制裝置分別連接所述自動(dòng)閥和所述壓差檢測(cè)裝置；

所述高壓氣源裝置的輸出管道與所述參考腔或者所述樣品腔連通，所述高壓氣源裝置的輸出管道上設(shè)置有所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置，所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置與所述高壓氣源裝置之間的管道上設(shè)置有氣體排放口。

可選的，所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)還包括：

恒溫裝置，所述參考腔、樣品腔、入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置、自動(dòng)閥、球閥及壓差檢測(cè)裝置均設(shè)置在所述恒溫裝置中。

可選的，所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)還包括：

入口閥，設(shè)置在所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置與氣體排放口之間的管道上。

可選的，所述樣品腔包括：

腔體，所述腔體內(nèi)部中空，用于放置待測(cè)巖石顆粒；所述腔體的上部設(shè)有開口，所述腔體的下部設(shè)有通氣孔，所述通氣孔與所述球閥連通；

密封蓋，活動(dòng)設(shè)置在所述腔體上，用于蓋和所述開口；

篩網(wǎng)，設(shè)置在所述腔體的內(nèi)壁上，且所述待測(cè)巖石顆粒放置在所述篩網(wǎng)上。

可選的，所述樣品腔還包括：

第一密封件，設(shè)置在所述密封蓋與所述開口之間，用于密封所述密封蓋與所述開口之間的連接處；和/或

第二密封件，設(shè)置在所述通氣孔與所述球閥之間，用于密封所述通氣孔與所述球閥之間的連接處。

可選的，所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)還包括：

第一溫度測(cè)量裝置，設(shè)置在所述參考腔的內(nèi)部，用于測(cè)量所述參考腔的內(nèi)部環(huán)境的溫度；和/或

第二溫度測(cè)量裝置，設(shè)置在所述樣品腔的內(nèi)部，用于測(cè)量所述樣品腔的內(nèi)部環(huán)境的溫度。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)通過設(shè)置高壓氣源裝置與參考腔或樣品腔連接，以及設(shè)置自動(dòng)閥和球閥，可控制參考腔與樣品腔內(nèi)部壓強(qiáng)的變化，通過設(shè)置壓差檢測(cè)裝置檢測(cè)參考腔與樣品腔之間的壓強(qiáng)差，通過設(shè)置控制裝置可準(zhǔn)確獲得壓強(qiáng)變化曲線，進(jìn)而得到待測(cè)巖石顆粒滲透率，能夠?qū)崿F(xiàn)巖石滲透率的高精度反演。

本發(fā)明的目的是提供一種低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量方法，可提高巖石樣品滲透率測(cè)量精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量方法，使用上述低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述滲透率測(cè)量方法包括：

將待測(cè)巖石顆粒添加到樣品腔中，打開球閥、自動(dòng)閥，通過氣體排放口將所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)及所述待測(cè)巖石顆粒的孔隙中的氣體抽出；

關(guān)閉所述氣體排放口，通過高壓氣源裝置對(duì)所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行加壓，通過入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置檢測(cè)得到第一壓強(qiáng)p₁；

關(guān)閉所述球閥，通過所述高壓氣源裝置改變所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部壓強(qiáng)，通過所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置檢測(cè)得到第二壓強(qiáng)p₂；

停止所述高壓氣源裝置的加壓操作，打開所述球閥后，壓差檢測(cè)裝置將測(cè)到的參考腔與樣品腔之間的壓強(qiáng)差信號(hào)發(fā)送至控制裝置；

所述控制裝置識(shí)別所述壓強(qiáng)差信號(hào)中的脈沖信號(hào)，控制所述自動(dòng)閥延時(shí)關(guān)閉；

根據(jù)所述壓強(qiáng)差信號(hào)確定對(duì)應(yīng)巖石顆粒的滲透率。

可選的，所述控制裝置根據(jù)各所述壓強(qiáng)脈沖信號(hào)確定對(duì)應(yīng)巖石顆粒的滲透率具體包括：

獲取所述樣品腔、自動(dòng)閥、壓差檢測(cè)裝置及相連管道的環(huán)境體積V_e；

根據(jù)所述環(huán)境體積V_e計(jì)算無量綱孔隙與環(huán)境體積的比值f：

獲取所述樣品腔、自動(dòng)閥、壓差檢測(cè)裝置及相連管道的環(huán)境體積V_e；

根據(jù)所述環(huán)境體積V_e計(jì)算無量綱孔隙與環(huán)境體積的比值f：

其中，m_s表示待測(cè)巖石顆粒的質(zhì)量，ρ_s表示待測(cè)巖石顆粒的密度，φ表示待測(cè)巖石顆粒的孔隙率；

計(jì)算關(guān)于的非線性方程的特征根，選取其中第一個(gè)大于0的特征值

根據(jù)所述壓差檢測(cè)裝置從自動(dòng)閥被關(guān)閉時(shí)刻開始時(shí)檢測(cè)的壓強(qiáng)信號(hào)Δp(t)及最后檢測(cè)的壓強(qiáng)信號(hào)(Δp)_F確定環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線lnΔp_e(t)：

lnΔp_e(t)＝ln((Δp)_F-Δp(t))；

根據(jù)最小二乘法對(duì)環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線lnΔp_e(t)進(jìn)行線性擬合得到斜率A；

根據(jù)所述斜率A和特征值計(jì)算在平均孔隙壓強(qiáng)為0.5(p₁+p₂)下的滲透率k：

其中，r表示待測(cè)巖石顆粒的平均半徑，μ表示在測(cè)量溫度和壓強(qiáng)下的流體粘性，c_g表示等溫壓縮系數(shù)。

可選的，通過所述控制裝置調(diào)整從所述球閥打開到對(duì)自動(dòng)閥被延時(shí)控制關(guān)閉的時(shí)間間隔t_w，使得環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線lnΔp_e(t)對(duì)時(shí)間t呈線性。

可選的，在將待測(cè)巖石顆粒添加到樣品腔中之前，所述滲透率測(cè)量方法還包括：向所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)中通入高壓氮?dú)?，?duì)所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)中的各部件進(jìn)行漏洞檢測(cè)。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量方法通過設(shè)置高壓氣源裝置改變低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的壓強(qiáng)，可控制參考腔與樣品腔內(nèi)部壓強(qiáng)的變化，通過壓差檢測(cè)裝置檢測(cè)參考腔與樣品腔之間的壓強(qiáng)差，通過控制裝置可準(zhǔn)確獲得壓強(qiáng)變化曲線，進(jìn)而得到待測(cè)巖石顆粒滲透率，能夠?qū)崿F(xiàn)巖石滲透率的高精度反演。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為樣品腔結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量方法的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為壓差檢測(cè)裝置檢測(cè)的壓強(qiáng)差信號(hào)示意圖；

圖5為經(jīng)過控制裝置處理后的壓強(qiáng)變化曲線。

符號(hào)說明：

高壓氣源裝置—1，參考腔—2，樣品腔—3，自動(dòng)閥—4，球閥—5，控制裝置—6，氣體排放口—7，入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置—8，壓差檢測(cè)裝置—9，入口閥—10，恒溫裝置—11，第一溫度測(cè)量裝置—12，第二溫度測(cè)量裝置—13，腔體—14，開口—15，通氣孔—16，密封蓋—17，篩網(wǎng)—18。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)，通過設(shè)置高壓氣源裝置與參考腔或樣品腔連接，以及設(shè)置自動(dòng)閥和球閥，可控制參考腔與樣品腔內(nèi)部壓強(qiáng)的變化，通過設(shè)置壓差檢測(cè)裝置檢測(cè)參考腔與樣品腔之間的壓強(qiáng)差，通過設(shè)置控制裝置可準(zhǔn)確獲得壓強(qiáng)變化曲線，進(jìn)而得到待測(cè)巖石顆粒滲透率，能夠?qū)崿F(xiàn)巖石滲透率的高精度反演。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)包括高壓氣源裝置1、參考腔2、樣品腔3、自動(dòng)閥4、球閥5、控制裝置6、入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置8及壓差檢測(cè)裝置9。

其中，所述參考腔2與所述樣品腔3之間連通的管道上依次設(shè)置有所述自動(dòng)閥4和所述球閥5；所述壓差檢測(cè)裝置9與所述自動(dòng)閥4并聯(lián)設(shè)置，且連接在所述參考腔2與所述球閥3之間；所述控制裝置6分別連接所述自動(dòng)閥4和所述壓差檢測(cè)裝置9；所述高壓氣源裝置1的輸出管道與所述參考腔2或者所述樣品腔3連通，所述高壓氣源裝置1的輸出管道上設(shè)置有所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置8，所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置8與所述高壓氣源裝置1之間的管道上設(shè)置有氣體排放口7。

其中，所述高壓氣源裝置1可為高壓氣瓶、柱塞泵及氣動(dòng)增壓泵中至少一者。所述自動(dòng)閥4可以是電磁閥、電動(dòng)球閥、氣動(dòng)閥中至少一者。所述球閥5可以是手動(dòng)閥也可以是自動(dòng)閥。在本實(shí)施例中所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置8為壓力表，所述壓差檢測(cè)裝置9為壓差檢測(cè)傳感器。所述控制裝置6為單片機(jī)或PLC，用于根據(jù)所述壓差檢測(cè)裝置9檢測(cè)的壓強(qiáng)脈沖信號(hào)控制自動(dòng)閥4的開閉。

如圖1所示，所述高壓氣源裝置1的輸出管道與所述參考腔2連通，但是并不以此為限，所述樣品腔3與球閥5可以與所述參考腔的位置互換，即所述高壓氣源裝置1的輸出管道與樣品腔3連通，所述樣品腔3通過球閥5和自動(dòng)閥4與參考腔2連通。

進(jìn)一步地，本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)還包括入口閥10，所述入口閥10設(shè)置在所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置8與氣體排放口7之間的管道上，用于控制所述排氣通道或加壓通道的通斷。

為確保測(cè)量環(huán)境穩(wěn)定，本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)還包括恒溫裝置11，所述參考腔2、樣品腔3、入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置8、自動(dòng)閥4、球閥5及壓差檢測(cè)裝置9均設(shè)置在所述恒溫裝置11中。其中，所述恒溫裝置11可為各種培養(yǎng)箱、老化箱或恒溫水及油箱，溫度波動(dòng)不超過0.1℃，恒溫精度越高，巖石樣品滲透率的反演精度越高。

此外，本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)還包括第一溫度測(cè)量裝置12及第二溫度測(cè)量裝置13；其中，所述第一溫度測(cè)量裝置12設(shè)置在所述參考腔2內(nèi)，用于時(shí)刻測(cè)量所述參考腔2內(nèi)部環(huán)境的溫度變化情況；所述第二溫度測(cè)量裝置13設(shè)置在所述樣品腔3的內(nèi)部，用于測(cè)量所述樣品腔3的內(nèi)部環(huán)境的溫度變化情況?？筛鶕?jù)所述第一溫度測(cè)量裝置12和第二溫度測(cè)量裝置13測(cè)量的數(shù)值調(diào)整測(cè)量環(huán)境溫度。

進(jìn)一步地，所述樣品腔3具體包括腔體14、密封蓋17及篩網(wǎng)18。其中，所述腔體14內(nèi)部中空，用于放置待測(cè)巖石顆粒；所述腔體14的上部設(shè)有開口15，所述腔體14的下部設(shè)有通氣孔16，所述通氣孔16與所述球閥5連通；所述密封蓋17活動(dòng)設(shè)置在所述腔體上，用于蓋和所述開口15。通過所述密封蓋17及開口15可向所述腔體14中添加待測(cè)巖石顆?；驈乃銮惑w14中移除待測(cè)巖石顆粒。在本實(shí)施例中，所述開口設(shè)置在所述腔體14的頂部(如圖2所示)，所述通氣孔16設(shè)置在所述腔體14的底部。

所述篩網(wǎng)18設(shè)置在所述腔體14的內(nèi)壁上，且所述待測(cè)巖石顆粒放置在所述篩網(wǎng)上。所述篩網(wǎng)18可以通過粘連、機(jī)械壓緊等形式固定在所述腔體14的內(nèi)壁上。通過設(shè)置所述篩網(wǎng)18能夠防止待測(cè)巖石顆粒進(jìn)入所述通氣孔中，但不阻斷氣體進(jìn)入所述腔體14中。優(yōu)選的，所述篩網(wǎng)18的網(wǎng)孔直徑小于待測(cè)巖石顆粒的直徑。

為提高所述樣品腔3的密封性能，所述樣品腔3還包括第一密封件和第二密封件(圖中未示出)；第一密封件設(shè)置在所述密封蓋17與所述開口15之間，用于密封所述密封蓋17與所述開口15之間的連接處；所述第二密封件設(shè)置在所述通氣孔16與所述球閥5之間，用于密封所述通氣孔16與所述球閥5之間的連接處。其中，所述第一密封件和第二密封件可分別為卡套、密封螺紋、O型圈、密封墊片或法蘭等，具體的型號(hào)根據(jù)測(cè)量的氣體壓強(qiáng)決定。

如圖3所示，本發(fā)明還提供一種使用上述低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)的低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量方法，可提高巖石樣品滲透率測(cè)量精度。

具體的，本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量方法包括：

步驟301：向所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)中通入高壓氮?dú)?，?duì)所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)中的各部件進(jìn)行漏洞檢測(cè)。如果出現(xiàn)漏氣部件，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換，避免影響后續(xù)的測(cè)量。

步驟302：將待測(cè)巖石顆粒添加到樣品腔中，打開球閥、自動(dòng)閥，通過氣體排放口將所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)及所述待測(cè)巖石顆粒的孔隙中的氣體抽出。

步驟303：關(guān)閉所述氣體排放口，通過高壓氣源裝置對(duì)所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行加壓，通過入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置檢測(cè)得到第一壓強(qiáng)p₁。

步驟304：關(guān)閉所述球閥，通過所述高壓氣源裝置改變所述滲透率測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部壓強(qiáng)，通過所述入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置檢測(cè)得到第二壓強(qiáng)p₂。

步驟305：停止所述高壓氣源裝置的加壓操作，打開所述球閥后，壓差檢測(cè)裝置將測(cè)到的參考腔與樣品腔之間的壓強(qiáng)差信號(hào)發(fā)送至控制裝置。

步驟306：所述控制裝置識(shí)別所述壓強(qiáng)差信號(hào)中的脈沖信號(hào)，控制所述自動(dòng)閥延時(shí)關(guān)閉。

步驟307：所述控制裝置根據(jù)所述壓強(qiáng)差信號(hào)確定對(duì)應(yīng)巖石顆粒的滲透率。

在步驟305中，可通過關(guān)閉入口閥10，阻斷所述高壓氣源裝置的加壓通道。壓差檢測(cè)裝置9處在工作狀態(tài)，使控制裝置6和自動(dòng)閥4處在待機(jī)狀態(tài)。打開球閥5的同時(shí)，管道壓力平衡至p_F并由入口壓強(qiáng)檢測(cè)裝置8測(cè)得，壓差檢測(cè)裝置9將測(cè)得一個(gè)壓強(qiáng)脈沖信號(hào)發(fā)送至控制裝置6，所述控制裝置6識(shí)別該壓強(qiáng)脈沖信號(hào)，并延時(shí)控制自動(dòng)閥4關(guān)閉。

在步驟306中，當(dāng)壓差檢測(cè)裝置9測(cè)量的信號(hào)不再發(fā)生變化時(shí)，停止數(shù)據(jù)采集(如圖4所示)。

在步驟307中，所述控制裝置根據(jù)各所述壓強(qiáng)脈沖信號(hào)確定對(duì)應(yīng)巖石顆粒的滲透率具體包括：

步驟307a：獲取所述樣品腔、自動(dòng)閥、壓差檢測(cè)裝置及相連管道的環(huán)境體積V_e。在本實(shí)施例中，V_e為樣品腔3、壓差檢測(cè)裝置9低壓側(cè)容室和自動(dòng)閥4低壓側(cè)管道的環(huán)境體積。

步驟307b：根據(jù)所述環(huán)境體積V_e計(jì)算無量綱孔隙與環(huán)境體積的比值f：

其中，m_s表示待測(cè)巖石顆粒的質(zhì)量，ρ_s表示待測(cè)巖石顆粒的密度，φ表示待測(cè)巖石顆粒的孔隙率。

步驟307c：計(jì)算關(guān)于的非線性方程的特征根，選取其中第一個(gè)大于0的特征值

步驟307d：根據(jù)所述壓差檢測(cè)裝置從自動(dòng)閥被關(guān)閉時(shí)刻開始時(shí)檢測(cè)的壓強(qiáng)信號(hào)Δp(t)及最后檢測(cè)的壓強(qiáng)信號(hào)(Δp)_F確定環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線lnΔp_e(t)：

lnΔp_e(t)＝ln((Δp)_F-Δp(t)) 公式(2)。

從所述球閥5打開時(shí)刻(t₁)到對(duì)自動(dòng)閥4延時(shí)控制關(guān)閉時(shí)刻(t₂)的時(shí)間間隔t_w，根據(jù)滲流力學(xué)的理論，當(dāng)t_w足夠長時(shí)，環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線近似為指數(shù)形式。可通過所述控制裝置調(diào)整從所述球閥打開到對(duì)自動(dòng)閥被延時(shí)控制關(guān)閉的時(shí)間間隔t_w，使得環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線lnΔp_e(t)對(duì)時(shí)間t呈線性(如圖5所示)。

其中，當(dāng)高壓氣源裝置與參考腔連通時(shí)，得到的環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線為壓強(qiáng)衰減曲線(如圖5所示)，當(dāng)高壓氣源裝置與樣品腔連通時(shí)，得到的環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線為壓強(qiáng)遞增曲線。

步驟307e：根據(jù)最小二乘法對(duì)環(huán)境壓強(qiáng)變化曲線lnΔp_e(t)進(jìn)行線性擬合得到斜率A。

步驟307f：根據(jù)所述斜率A和特征值計(jì)算在平均孔隙壓強(qiáng)為0.5(p₁+p₂)下的滲透率k：

其中，r表示待測(cè)巖石顆粒的平均半徑，μ表示在測(cè)量溫度和壓強(qiáng)下的流體粘性，c_g表示等溫壓縮系數(shù)。

本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提出了一種基于壓力衰減法原理的滲透率測(cè)量系統(tǒng)，使用耐高壓小量程壓差檢測(cè)傳感器測(cè)量樣品環(huán)境的壓力衰減曲線，較之基于高壓壓力傳感器的系統(tǒng)極大地提高了壓力衰減曲線的精度和置信度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)巖石滲透率的高精度反演。

2、本發(fā)明由于能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)具有微小變化的壓力衰減曲線的高精度測(cè)量，因而可以放寬對(duì)環(huán)境/孔隙體積比的要求，適當(dāng)增大系統(tǒng)管路的死體積和比熱容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更低的溫度波動(dòng)和壓力波動(dòng)。

3、本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)原理能夠?qū)崿F(xiàn)壓差傳感器耐壓極限范圍內(nèi)任意絕對(duì)壓力下的頁巖顆粒滲透率測(cè)量，能夠在不引起額外的測(cè)量誤差的條件下，實(shí)現(xiàn)對(duì)高達(dá)26MPa的儲(chǔ)層壓力條件下的頁巖顆粒滲透率測(cè)量。

4、本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)簡單易維護(hù)，幾何尺寸小巧，安全性高，能夠與各種常見恒溫環(huán)境配合。

5、對(duì)于富有機(jī)質(zhì)的頁巖樣品，本發(fā)明低滲巖石顆粒的滲透率測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度允許在測(cè)定巖石基質(zhì)滲透率的同時(shí)對(duì)有機(jī)質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)做出定量測(cè)量。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。