測定原理
滲透率的大小表示了多孔介質,讓流體通過能力的大小,其單位是平方微米(達西)或毫平方微米(毫達西)。粘度為1mPa·s的液體在0.1MPa(1絕對大氣壓)壓力作用下通過截面積為1cm、長度為1cm的岩心,液體的流量為1cm/S時,其滲透率為1um。
氣體在多孔介質中流動時,由氣體的一維穩定滲流達西定律可得到下面的公式:
達西定律的套用必須滿足以下三點:
1)流體流動是層流。
2)流體與岩石無反應。
3)孔隙空間被單相流體完全飽和。
上式中的氣體滲透率是絕對滲透率,是岩心自身的性質,取決於岩石的孔隙結構,在滿足上述三點的條件下,岩心的絕對滲透率與通過的流體性質無關。在實驗室測定時,通常用空氣作為通過岩心的介質,因此,岩心的絕對滲透率又稱作空氣滲透率。其測定原理是氣體的一維穩宗流達西定律。
小柱塞岩樣測定方法
流量計法
① 測定流程
流程包括三部分:
1)壓力計量部分:壓力表、“C”值表、水銀壓力計等;
2)流速計量部分:節流器、皂膜流速計、毛管流量計、孔板流量計等;
3)岩心室:赫斯勒型、范徹爾型或圓盤型岩心夾持器。
② 測定步驟
1)岩心尺寸的測量:對規則岩樣,可用卡尺量出;對不規則樣品,如果兩端面平行,可以測出總體積和長度,計算出平均橫截面積。
2)將待測樣品裝入岩心夾持器(注意岩樣的上、下方向)。
3)測量乾燥氣體通過岩樣的氣體流速,記錄流速及岩心上、下流的壓力,或記錄“C”值、節流器標定流量和測量回壓水柱高度。
③ 注意事項
1) 儀器應經常用標準樣進行檢查、校正;
2) 岩樣在測定前應進行全面檢查,去掉有人為裂縫的樣品;
3) 要保證測樣絕對密封;
4) 需用密封材料密封的樣品,密封材料滲入岩樣的深度不得超過一個砂粒;
5) 嚴防污染岩樣,特別是兩個端面;
6) 壓力穩定後才能記錄讀數。
流量管法
① 原理
將柱塞岩樣推入岩心室中,加壓密封,使岩樣一端通大氣,另一端與插入水槽中的流量管及微型泵連線。用微型泵(或抽空球)抽空,迅速將水槽中的水抽到流量管的某一高度後停止抽空。這時流量管內的液面在靜水壓力作用下降落。由於水柱下降造成了負壓,岩心兩端便建立了壓差,外界空氣就通過岩心進入流量管。進口壓力為大氣壓,出口壓力是一個變數,其大小取決於大氣壓力和流量管內液柱的靜水壓差。水面下降的快慢與岩樣滲透率大小有關,滲透率越高,其流量越大,液面下降也越快,反之越慢。只要測出水面下降通過流量管某段的時間,即可算出岩石的滲透率。
流量管中液面下降的時間與流量成反比,所以液面降落的速度反映了流量的大小;液面下降的高度則反映岩心出口壓力或兩端壓差的變化。
② 儀器設備
1)岩心夾持器;
2)水槽和流量管:流量管垂直插入水槽里,水槽內的靜止水面要在刻度線上;
3)空氣壓縮機:為密封岩樣的橡皮套加壓;
4)壓力調節器:調節密封岩樣的壓力,一般為0.6MPa左右;
5)微型泵(或抽空球):可以將水槽內的水抽到流量管的任何部位;
6)秒表:記錄時間;
7)溫度計:測量溫度。
③ 測定步驟
1)檢查儀器:首先把鋼製圓柱塞(與所測樣品規格相同)推入岩心室,用0.6~0.7MPa壓力的環壓使之密封,把液面抽到流量管最細的一段。停抽,使流量管與岩心室接通。觀察流量管內水面是否下降。若不下降,證明儀器工作正常,可以開始測量樣品。
2)測定岩樣:按岩心編號的順序,依次將岩樣輕輕推入岩心室,接通進氣閥,加0.6~0.7MPa壓力的環壓,岩樣就可密封。啟動微型泵,把水槽中的水抽到流量管合適的管段。線以上(在水面上升時要注意別讓水進入橡皮套內)。流量管與岩心室接通,開始測定並記錄流量管內水面下降了某一管段的時間,並記錄測定管號、室溫。
④ 空氣滲透率測定的質量要求
1)滲透率大於0.01pm時,允許相對誤差為5%。
2)每批測樣要進行明碼抽查10%或密碼抽查5%。若在相同氣流方向、相同壓差下,抽查樣品有30%不合格,要找出原因並重測。
全直徑岩心滲透率的測定
(1)儀器設備
① 高低滲透率儀;
② 全徑岩心夾持器。
(2)測定步驟
① 將岩樣端面畫成四等份,在其側面也畫成四等份,按1、2、3、4記錄。1、3面與2、4面為兩對進出氣面。測定時,先測1、3面,然後再測2、4面。在報告中將最大滲透率值的測定面記為K,而另一側面的值記為K,垂直於最大滲透率面。
② 將兩塊相同尺寸的金屬網和相應的弧形金屬板相配合覆蓋於岩心的1、3(或2、4)面上。
③ 將網板固定在岩心待測面上,對夾持器抽真空,然後把岩樣送人夾持器內,使岩心與上下堵頭處於同一中心線上,加圍壓1.4~2.8MPa。為避免紊流,測試氣流速度應小於8cm/s。
④ 測垂向滲透率時,在岩樣上下端面上放置兩塊相應尺寸的隔篩網。
(3)注意事項
① 岩樣長度應大於10cm,否則,應該用與岩樣同直徑的塑膠塊加長岩心。如果測垂向滲透率,塑膠塊中間要鑽一3mm以上的小孔。
② 夾持器內未放入樣品或樣品長不足10cm而又未用塑膠塊填補時,不得加圍壓。
③ 篩網必須按規定放好。
④ 經常檢查乾燥劑。如果失效,應立即更換。
⑤ 上下堵頭之間的橡皮墊要保證密封。