一種基于磁懸浮重量法確定頁(yè)巖孔隙度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到礦物測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種基于磁懸浮重量法確定頁(yè)巖孔隙度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了衡量?jī)?chǔ)集巖孔隙性的好壞和孔隙發(fā)育程度，并表征巖石中孔隙總體積的大小，提出了巖石孔隙度(或孔隙率)的概念。儲(chǔ)集巖孔隙度可定義為巖石孔隙的總體積Vp與巖石總體積Vr之比，用希臘字母Φ表示，一般為百分?jǐn)?shù)，其表達(dá)式如1-1-1所示:
[0003]Φ = Vp/Vr*100%= Vp/(Vs+Vp) (1-1-1)
[0004]式中，Φ—孔隙度，% ；
[0005]Vr一巖石樣品的總體積，cm3;
[0006]Vp一孔隙體積，cm3；
[0007]Vs—巖石樣品骨架體積，cm3。
[0008]在確定孔隙度時(shí)，只要求得巖石總體積、固體部分(顆粒及膠結(jié)物)的體積以及孔隙體積這三個(gè)參數(shù)中間的兩個(gè)就能按式1-1-1計(jì)算出孔隙度。
[0009]樣品固體體積的測(cè)定主要有比重瓶法、固體比重計(jì)法、浸沒稱重法、氣體壓縮法。前三種測(cè)定方法由于受到孔隙大小以及實(shí)驗(yàn)精度的制約較不常見，因此這里著重介紹氣體壓縮法。以氣體壓縮法方法制造的儀器，其原理都是以波義耳一馬里奧特定律為基礎(chǔ)的，對(duì)大巖心和小巖心、規(guī)則外形和不規(guī)則外形的樣品均可適用。儀器主要有氣源、調(diào)壓閥、高精度壓力表、樣品室和標(biāo)準(zhǔn)體積室組成。氣體首先沖入標(biāo)準(zhǔn)體積室VI，并記錄壓力P1。隨后切斷氣源，將標(biāo)準(zhǔn)體積室內(nèi)的氣體放入樣品室使之達(dá)到壓力平衡，由此便可計(jì)算出巖石固體體積。其計(jì)算如下:
[0010]設(shè)定樣品室的體積已知為V2，當(dāng)其中放置有一塊固體體積為Vm的巖樣時(shí)，如果氣體處于等溫狀態(tài)，壓力由Pl變化到P2，則有:
[0011]VlPl = V1P2+ (V2-Vm) P2
[0012]于是:
[0013]VmP2 = V1P2+V2P2-V1P1
[0014]樣品的固體體積即為:
[0015]Vm = V2+V1 (1-P1/P2) (1-1-2)
[0016]巖樣孔隙體積的測(cè)定
[0017]巖樣孔隙體積的測(cè)定主要有飽和流體法和氣體膨脹法。飽和流體法使用的流體一般為煤油或鹽水，由于流體極性以及流體表面張力的影響，在巖樣抗壓強(qiáng)度范圍內(nèi)，流體無(wú)法進(jìn)入到頁(yè)巖納米級(jí)的孔隙中。為了更精確的測(cè)定巖樣孔隙，一般選用氣體分子作探針，因此，這里著重介紹氣體膨脹法測(cè)定巖樣孔隙體積的方法。傳統(tǒng)的氣體膨脹法是使用一個(gè)水銀體積泵，將巖樣中的空氣抽析出來，并測(cè)定該空氣的量，即為該樣品的孔隙體積。測(cè)定所使用的儀器為波義耳定律孔隙率計(jì)，
[0018]將樣品放在水銀體積泵的樣品室中，是彎管兩端的水銀面相等，在閥門打開的情況下，將水銀體積泵在左側(cè)的管子升高，并使水銀面超過樣品，并達(dá)到閥門處。此過程的作用是將除巖樣中的空氣之外，將樣品室及管子中的其它所有空氣排出。此時(shí)，可以直接讀出樣品的總體積vt。關(guān)閉閥門，將彎管左側(cè)的水銀面降低到樣品室一下，此時(shí)樣品中的氣體由于樣品室造成真空而離析出來。再將水銀體積泵兩側(cè)的水銀面置平，此時(shí)在閥門以下的空間就是從樣品中離析出來的空氣的量。
[0019]根據(jù)波義耳一馬里奧特定律，有
[0020]Vp.Δ H = V.Hatm (1-1-3)
[0021]式中，Vp—孔隙中的空氣體積，cm3；
[0022]V—從樣品中析出的體積，cm3；
[0023]Δ H一水銀泵造成的真空度，mmHg柱；
[0024]Hatm一大氣壓下的水銀柱，mmHg柱。
[0025]則孔隙度:
[0026]Vp = V.Hatm/ Δ H (1-1-4)
[0027]目前，主要采用氣體(一般為He)作為測(cè)量中介。根據(jù)波義耳-馬里奧特定律，在恒定溫度下，巖心室體積一定，放入巖心室樣品的固相(顆粒)體積越小，則巖心室氣體所占體積越大，與標(biāo)準(zhǔn)室連通后，平衡壓力越低；反之，當(dāng)放入巖心室內(nèi)的巖樣固相體積越大，平衡壓力越高。
[0028]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)在于，氣體膨脹法采用氣體作為測(cè)量中介，會(huì)受到粘滯系數(shù)以及浸入體積誤差的影響。在本實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)原始?jí)毫Σ蝗菀渍{(diào)節(jié)，在接近原始?jí)毫χ禃r(shí)容易受到操作人員的個(gè)人狀態(tài)影響壓力值的確定。吸附量和孔隙度作為頁(yè)巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和開發(fā)的重要參數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)二者的測(cè)定需要不同的實(shí)驗(yàn)儀器完成，增加了大量的財(cái)力成本及時(shí)間成本，而且精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0029]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于磁懸浮重量法確定頁(yè)巖孔隙度的方法。
[0030]本發(fā)明是通過以上技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0031]本發(fā)明提供了一種基于磁懸浮重量法確定頁(yè)巖孔隙度的方法，該方法包括以下步驟:
[0032]進(jìn)行空白測(cè)試獲取樣品的質(zhì)量和體積；
[0033]進(jìn)行浮力測(cè)試計(jì)算出樣品與樣品桶的質(zhì)量之和及體積和；
[0034]進(jìn)行吸附測(cè)試獲取樣品吸附的氣體的質(zhì)量；
[0035]根據(jù)獲取的樣品的質(zhì)量和體積、樣品與樣品桶的質(zhì)量之和及體積和以及樣品吸附的氣體的質(zhì)量計(jì)算得到樣品的孔隙度。
[0036]優(yōu)選的，所述進(jìn)行空白測(cè)試獲取樣品的質(zhì)量和體積具體為:
[0037]選擇隊(duì)作為實(shí)驗(yàn)氣體。通過增壓泵將氣體加壓到測(cè)量室中，測(cè)量并記錄不同壓力下，磁懸浮天平的讀數(shù)，測(cè)量完畢后，以氣體密度為橫坐標(biāo)，磁懸浮天平讀數(shù)為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，并根據(jù)獲取的實(shí)驗(yàn)值擬合出直線，并計(jì)算出樣品的質(zhì)量和體積。
[0038]優(yōu)選的所述進(jìn)行浮力測(cè)試計(jì)算出樣品與樣品桶的質(zhì)量之和及體積和具體為:
[0039]選擇He作為實(shí)驗(yàn)氣體。通過增壓泵將氣體加壓到測(cè)量室中，測(cè)量并記錄不同壓力下，磁懸浮天平的讀數(shù)，測(cè)量完畢后，以氣體密度為橫坐標(biāo)，磁懸浮天平讀數(shù)為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，并根據(jù)獲取的實(shí)驗(yàn)值擬合出線條，并計(jì)算出樣品與樣品桶的質(zhì)量之和及體積和。
[0040]優(yōu)選的，所述進(jìn)行吸附測(cè)試獲取樣品吸附的氣體的質(zhì)量具體為:選擇CH4作為實(shí)驗(yàn)氣體。通過增壓泵將氣體加壓到測(cè)量室中，測(cè)量并記錄不同壓力下，磁懸浮天平的讀數(shù)。測(cè)量完畢后，以氣體密度為橫坐標(biāo)，磁懸浮天平讀數(shù)為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，并根據(jù)獲取的實(shí)驗(yàn)值擬合出線條，獲取樣品吸附的氣體的質(zhì)量。
[0041]優(yōu)選的還包括體積矯正，具體的，以公式mbal= (m sc+ms+ma) - P.(vsc+vs+va)中密度P為橫坐標(biāo)，Hlbal為縱坐標(biāo)作圖，當(dāng)樣品達(dá)到吸附平衡時(shí)，上述公式變成了以P為橫坐標(biāo)，Hibal為縱坐標(biāo)的一次函數(shù)，取實(shí)驗(yàn)達(dá)到平衡后的1-3個(gè)壓力點(diǎn)作圖，該直線的斜率即為Vs、Vs。、Va三者之和；并根據(jù)φ = Va/ (vs+va)*100%計(jì)算樣品的孔隙度，其中，mbal為空白測(cè)試中的天平質(zhì)量讀數(shù)，ms。為樣品桶質(zhì)量，m s為樣品質(zhì)量，V s。為樣品桶體積，V s為樣品體積，P為在吸附測(cè)試中的氣體密度；Φ為孔隙度。
[0042]本發(fā)明的有益效果是:頁(yè)巖氣主要以吸附和游離態(tài)存在于頁(yè)巖中，其中的吸附含量介于儲(chǔ)量的20-80%，因此，氣體吸附量以及孔隙度的精確測(cè)量是頁(yè)巖氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和開發(fā)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的吸附量和孔隙度測(cè)量需要兩臺(tái)不同的實(shí)驗(yàn)儀器，成本高且時(shí)間較慢，精度不高。本發(fā)明利用重量法等溫吸附原理，在精準(zhǔn)測(cè)量頁(yè)巖樣品的吸附量的基礎(chǔ)上間接測(cè)算出頁(yè)巖的孔隙度，不僅節(jié)約了成本，還提高了精度和效率。
【附圖說明】
[0043]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中空白測(cè)試中的質(zhì)量與密度關(guān)系圖；
[0044]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中浮力測(cè)試中的平衡示意圖；
[0045]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的吸附測(cè)試中測(cè)量值示意圖；
[0046]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中密度與質(zhì)量的關(guān)系圖；
[0047]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中密度與質(zhì)量的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0049]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于磁懸浮重量法確定頁(yè)巖孔隙度的方法，該方法包括以下步驟:
[0050]進(jìn)行空白測(cè)試獲取樣品的質(zhì)量和體積；
[0051]進(jìn)行浮力測(cè)試計(jì)算出樣品與樣品桶的質(zhì)量之和及體積和；
[0052]進(jìn)行品的質(zhì)量和體積、樣品與樣品桶的質(zhì)量之和及體積和以及樣品吸附的氣體的質(zhì)量計(jì)算得到樣品的孔隙度。
[0053]其中的，所述進(jìn)行空白測(cè)試獲取樣品的質(zhì)量和體積具體為:
[0054]選擇隊(duì)作為實(shí)驗(yàn)氣體。通過增壓泵將氣體加壓到測(cè)量室中，測(cè)量并記錄不同壓力下，磁懸浮天平的讀數(shù)，測(cè)量完畢后，以氣體密度為橫坐標(biāo)，磁懸浮天平讀數(shù)為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，并根據(jù)獲取的實(shí)驗(yàn)值擬合出直線，并計(jì)算出樣品的質(zhì)量和體積。
[0055]其中的所述進(jìn)行浮力測(cè)試計(jì)算出樣品與樣品桶的質(zhì)量之和及體積和具體為:
[0056]選擇He作為實(shí)驗(yàn)氣體。通過增壓泵將氣體加壓到測(cè)量室中，測(cè)量并記錄不同壓力下，磁懸浮天平的讀數(shù)，測(cè)量完畢后，以氣體密度為橫坐標(biāo)，磁懸浮天平讀數(shù)為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，并根據(jù)獲取的實(shí)驗(yàn)值擬合出線條，并計(jì)算出樣品與樣品桶的質(zhì)量之和及體積和。
[0057]其中的，所述進(jìn)行吸附測(cè)試獲取樣品吸附的氣體的質(zhì)量具體為:選擇CH4作為實(shí)驗(yàn)氣體。通過