專利名稱：智能化巖芯氣體滲透率儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油工業(yè)部門，在油田開發(fā)中對地下巖芯進行物性分析，測量巖芯氣體滲透率的一種儀器，即智能化巖芯氣體滲透率儀。利用它可以快速，精確，自動地測量出巖芯的氣體滲透率值。
巖芯的氣體滲透率計算公式如(1)式。
K＝ (Q.μ.L)/(A.ΔP) (1)式中，K為氣體滲透率，單位為(μm)Z；μ為氣體粘度，單位為厘泊；1為巖芯長度，單位為cm；A為巖芯截面積，單位為cm2；Q為氣體流量，單位為cm3／s；△P為巖芯上下游的壓差，單位為MPa。其中μ，L，A為氣體和巖樣的原始參數(shù)，Q，△P為實驗中需要測量的參數(shù)。
目前國內(nèi)生產(chǎn)的GD－1氣體滲透率儀(石油大學儀表廠生產(chǎn))仍然是用壓力表測量△P，用孔板流量計測量Q。用此測量方法設(shè)計生產(chǎn)的氣體滲透率儀明顯存在著以下幾個缺點1.結(jié)構(gòu)零散，操作復雜，不能自動化，智能化。
2.實驗中滲過巖芯的氣體流量很小(每分鐘幾毫升)，所以現(xiàn)有的測量方法決定了該儀器測試精度低，計算復雜。
3.試驗中要接觸水銀，影響實驗人員的身心健康，污染環(huán)境。
為了克服上述缺點，提出本實用新型智能化巖芯氣體滲透率儀。
本實用新型的第一目的是要提供一種新的氣體滲透率的測量方法。
本實用新型的第二目的是要提供一種微量氣體流量測量方法的裝置。
本實用新型的第三目的是要提供一套實現(xiàn)該儀器智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用軟件。
按照本實用新型的第一目的，是要提供一種新的氣體滲透率的測量方法。該方法是用兩支高精度的壓力傳感器(測量誤差小于0.1％)來測量巖芯的上游壓力P1和下游壓力P2，然后用(2)式計算巖芯上下游壓差。
△P＝P1－P2(2)式中P1為巖芯上游壓力，單位為MPa；P2為巖芯下游壓力，單位為MPa。用一盛滿水的集氣罐，安裝在集氣罐上的壓力傳感器和電子天平(感量為0.001g)通過氣驅(qū)水來測量滲過巖芯的微量氣體流量。若集氣罐中氣體在一定時間t內(nèi)的平均壓力，即巖芯下游壓力P2在t秒時間內(nèi)的平均壓力為［P2，事實上P2約等于［P2，集氣罐中氣體在時間t秒內(nèi)驅(qū)出的水的流量，即電子天平稱量為q，若把氣體膨脹視為等溫過程，按氣體狀態(tài)方程可得［P2.Q＝P0.q／ρ.t(3)式中Q為氣體體積流量，單位為ml／s；［P2為P2在t秒時間內(nèi)的平均壓力，單位為MPa；q為氣驅(qū)水的質(zhì)量總流量，單位為g；P0為當?shù)卮髿鈮簭姡瑔挝粸镸Pa；ρ為水的比重，單位為g／cm3；t為時間，單位為s。
上下游壓力P1，P2通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，天平稱量通過并行口經(jīng)由輸入／輸出單元送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，巖樣的原始數(shù)據(jù)通過鍵盤送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實時采樣各路參數(shù)，并通過(1)，(2)，(3)式即可計算出巖芯的氣體滲透率，打印繪圖機打印出滲透率值，繪制出滲透率曲線。
按照本實用新型的第二目的，是要提供一種上述微量氣體流量的測量裝置。它包括一高精度的壓力傳感器(測量誤差小于0.1％)，一集氣罐，一放氣閥，一排水管線和一電子天平。
按照本實用新型的第三目的，是要提供一套實現(xiàn)該儀器智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用軟件。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，數(shù)字量輸入／輸出單元，中央處理器，顯示器，鍵盤，打印繪圖機。其軟件是用QBASIC語言在DOS4.0下與匯編語言混合編程，編寫的結(jié)構(gòu)化的應(yīng)用程序。


圖1是實現(xiàn)本實用新型第一目的的原理圖。
圖2是實現(xiàn)本實用新型第二目的的微量氣體流量測量裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖3，圖4是實現(xiàn)本實用新型第三目的的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖和軟件結(jié)構(gòu)圖。
參見圖1所示的本實用新型測量方法的原理圖，包括集氣裝置1，巖芯夾持器3，進氣管4，上游壓力傳感器5，下游壓力傳感器6，排水管7，容器8，電子天平9，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13。其測量原理是具有一定壓力的氣流通過進氣管4進入巖芯夾持器3，滲過巖樣2，進入盛滿水的集氣罐1，在一定的壓力作用驅(qū)動水流入容器8；安裝在巖芯夾持器3的進氣口的上游壓力傳感器5測量巖芯的上游壓力P1，裝在集氣罐上的下游壓力傳感器6測量巖芯的下游壓力P2，兩壓力傳感器的輸出信號送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13的總線上；集氣罐1排出的水的稱量送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13的總線上；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)13在應(yīng)用程序控制下，實時采樣有關(guān)參數(shù)，即可根據(jù)(1)，(2)，(3)式計算出巖樣的滲透率值，并通過顯示器14隨時顯示有關(guān)參數(shù)值和測量結(jié)果，通過打印繪圖機打印出測試報告，繪制出滲透率曲線。
參見圖2所示的微量氣體流量測量裝置的結(jié)構(gòu)圖，包括一氣罐16；由放氣閥帽17，密封墊18和放氣嘴19組成的放氣閥；進氣嘴20；下游壓力傳感器接頭23；排水管接頭24；排水管25；容器26；電子天平27。當從排水管接頭24為集氣罐注水時，可以通過捻松放氣閥19放氣，實驗中捻緊放氣閥帽。進氣接頭20用來連接管線，引導滲過巖樣的氣體進入集氣罐16中，下游壓力傳感器接頭22用來聯(lián)接下游壓力傳感器，測量巖樣的下游壓力；排水管接頭24用來為集氣瓶注水或連接排水管25；氣驅(qū)水排出的水引入容器26中；電子天平27用來稱量氣驅(qū)水排出的水的質(zhì)量。
參見圖3所示，為實現(xiàn)該儀器智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元15，數(shù)字量輸入／輸出單元10，中央處理器28，顯示器14，打印繪圖機12和鍵盤11。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元15用來將兩壓力傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送至中央處理器28的總線上，其分辨率為12bit，通過率為30KHz，輸入信號為0－5V或1－11V。數(shù)字量輸入／輸出單元10將電子天平輸出的稱量的二進制碼經(jīng)緩沖后送至中央處理器28的總線上，該輸入／輸出板為4×8bit，TTL兼容，中央處理器28用來完成對兩壓力信號和電子天平輸出的稱量信號的采集，滲透率值的計算，并對顯示器14，打印繪圖機12，鍵盤11進行管理，顯示器14用來顯示有關(guān)信息，并與鍵盤11聯(lián)用實現(xiàn)人機對話。打印繪圖機12用來打印測試報告，繪制滲透率曲線。
參見圖4所示為本實用新型的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)框圖。該軟件的結(jié)構(gòu)是一個自頂向下，順序執(zhí)行的獨立模塊。啟動數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，執(zhí)行該軟件，首先要求輸入原始數(shù)據(jù)，若不更改則自動采集各參數(shù)，經(jīng)數(shù)字濾波后，計算出滲透率值，然后打印測試結(jié)果及繪制滲透率曲線，并可循環(huán)測試任意多個巖樣。不測，則結(jié)束測試。
以上詳細敘述了本實用新型的基本思想及圖示實施例，熟悉本技術(shù)的人，在不背離本實用新型的精神下可以對本實用新型作出許多變更，因此要使本實用新型的保護范圍由附加的權(quán)利要求書及其等同物來確定。
權(quán)利要求1.一種智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，它是將巖芯上下游的壓力信號和與滲過巖芯的氣體流量有關(guān)的重量信號送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，自動地測量出巖芯的氣體滲透率。本實用新型的特征在于包括用來測量巖芯上下游壓力的壓力傳感器；測量滲過巖芯氣體流量的微量氣體流量測量裝置；將壓力信號和流量信號送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的過程控制通道接口單元；對壓力信號和流量信號進行實時采樣，計算滲透率值，并打印出測試報告，繪制出滲透率曲線的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件和實現(xiàn)這些任務(wù)的應(yīng)用軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的壓力傳感器的測量精度為0.1％，輸出幅度為0－5V或1－11V，工作頻率≥10KHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的微量氣體流量測量裝置，包括一集氣罐，壓力傳感器和電子天平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的集氣罐，其上端蓋上焊接有一放氣閥，進氣接頭，排水接頭和下游壓力傳感器接頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的放氣閥，包括一密封墊，一放氣帽，和一放氣接頭，放氣帽側(cè)有一小孔，內(nèi)放密封墊，通過螺紋與放氣接頭連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的排水接頭，是一直通管，一端有接頭螺紋，另一端插到集氣罐的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的電子天平，感量為1.0mg，并有稱重量信號的并行輸出接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的過程控制通道接口單元，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的分辯率為12Bit，通過率為30KHz，輸入信號為0－－5V或1－－11V，數(shù)字量輸入／輸出為4×8Bit，TTL兼容。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件，包括中央處理器，顯示器，鍵盤和打印繪圖儀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化巖芯氣體滲透率測量儀器，其特征在于所述的應(yīng)用軟件，是一獨立模塊，程序執(zhí)行時首先初始化，提示輸入原始參數(shù)后，自動采集上下游壓力，與氣體流量有關(guān)的重量等參數(shù)，并經(jīng)過數(shù)字濾波，計算出巖樣的氣體滲透率值，打印出測試報告，繪制出滲透率曲線。程序可以使測試循環(huán)進行，直到工作人員強行中斷為止。
專利摘要一種智能化巖芯氣體滲透率測量儀。該儀器是用兩壓力傳感器來測量巖芯上下游的壓力，根據(jù)氣驅(qū)水原理專門設(shè)計的微小氣體流量測量裝置用來測量滲過巖芯的氣體流量。上，下游壓力傳感器輸出的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，流量信號通過一輸入/輸出單元送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實時采集各參數(shù)，計算出滲透率值，通過打印繪圖機打印出測試報告，繪制出滲透率曲線。
文檔編號G01N13/00GK2117608SQ9220506
公開日1992年9月30日 申請日期1992年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月28日
發(fā)明者趙仕俊 申請人:趙仕俊