非稳态法气体渗透率测试装置的设计

工程科技与产业发展科技经济导刊 2016.27期

非稳态法气体渗透率测试装置的设计

万军凤

(中国石油大学胜利学院油气工程学院 山东 东营 257061）

岩心的气体测量渗透率是岩心常规分析中的一项重要任务，也是进行其他分析的基础工作，方法主要有稳态法和非稳态法[1]。稳态法存在测试时间长及对低渗透岩心的测量无能为力的缺陷，于是进行了非稳态法测量渗透率的研究。

早在50年代，美国的Petrophysics公司发展了CMS-200[2]；90年代，他们又推出了CMS-300[3-4]。该装置自动化程度高，测量的数据精确，但十分昂贵，且测量介质为氦气，测量成本高。

基于上述原因，进行了非稳态法气体渗透率测试装置的设计研究，从而为相关的实验研究提供技术支持。

1测量原理

基于流量管测量原理，将其模型化并智能化，得到岩心气体渗透率测量公式[5]：

（1）式中：K—岩心的气体测量渗透率，μm2；μ—通过岩心的空气粘度，mPa ；L—岩心长度，cm；Ａ—岩心截面积，cm2；V0—标准室和岩心之间空隙的总和，cm3；t—压力从P1变化到P2所用的时间，s；P0—岩心入口压力（大气压力），atm；P1—标准室内进行抽空操作后的压力值，atm；P2—时间为t时标准室中的压力值，atm。

（1）式中除了P1、P2及t为未知参数以外，，其它参数均为已知。

将（1）式变形得

（2）显然，（2）式是线形方程，于是采集的压力数据P2及对应的时间ｔ，结合其它已知参数，利用线形回归，得到直线斜率，从而可求出岩心的气体渗透率。

2 测试装置核心单元

2.1测量系统

该部分主要由岩心夹持器、系列标准室及对比室、下游压力传感器、真空泵等组成。

其作用是：测量不同渗透率的岩心时，需用不同的标准室与之匹配。标准室的多少和容积的大小直接影响到测量装置的测试范围和测试精度。

2.2工作气路系统

该部分主要由空压机、定值器、增压器、上游压力传感器、环压传感器等组成。

其作用是：提供整个测试系统需要的气体；调整稳定气源压力，保证测试气源压力平稳；为岩心提供所需要的围压。

2.3数据采集与处理系统

由压力传感器、压力传感器供电电源以及数据采集板卡组成。

压力传感器作用：将压力信号转换成与压力成一定关系的电信号。

数据采集板卡的功能：对数据进行采集，把模拟信号转换成数字信号，便于对数据的分析。

2.4计算机监控系统

由计算机对整个测试过程实行控制，实现了整个测试过程的自动化。该系统主要由计算机、控制板卡、外围控制电路、电磁阀、继电器等组成。

其作用是：输入岩心基础数据，启动实验进程；控制软件保证测试在设定的程序控制下自动运行；最后计算测试结果，显示并打印测试数据。

3 软件设计

系统软件总体模块采用菜单式结构，各功能模块独立性强，操作方便，主要包含传感器零点校正、系统检测、岩心实验、原始数据显示及编辑、实验报表显示及打印五大模块。此应用软件界面美观、功能齐全、使用方便。

各模块功能介绍：

3.1传感器零点校正

该模块的任务是在设备未加压前，完成对压力传感器零点的检测并记忆，以便在实验过程中消除由于传感器零点所产生的测量误差。

3.2系统检测

包括电磁阀检测、真空泵检测及空压机检测，主要完成对电磁阀动作灵活性的检测和电磁阀渗漏的检测，及检测真空泵、空压机是否正常工作，以及整个压力系统是否进入实验准备状态。通过系统检测，可及早发现问题，避免不必要的浪费和损失。

3.3岩心实验

对一未知渗透率的岩心进行测试时，该模块会根据获得的测试条件，自动选取合适的标准室完成对岩心的测试；在此测试过程中，将分别完成压力采集、时间采集、电磁阀控制、实验参数存储、采集的压力存储、数据处理、以及数据处理结果存储。

3.4原始数据显示及编辑

该模块主要用来显示原始数据，包括岩心的初始参数以及采集到的原始数据，即岩心上游压力值、采集时间、标准室内经抽空操作后的初始压力值及岩心测试过程中压力变化值。

3.5实验报表显示及打印

该模块主要完成对初始化试验参数及原始数据的加工处理，给出岩心的实验结果数据，即岩心的克氏渗透率及滑脱因子值，并将以上数据以表格方式显示器输出或打印机输出。

4结束语

该测试装置具有结构简单、操作方便、测量成本低等优点；且微机控制整个测试过程,不存在人为测试误差。但测试装置尚存在一些不足，有待在以后的实践中进一步改进、完善。

参考文献：

[1] 陈祖安，伍向阳，方华，等.岩石气体介质渗透率的瞬态测量方法[J].地球物理学报，1999，42（增刊）：167-170.

[2] 戴志坚,张祖波,李秉智.国内外油气田开发实验仪器的发展现状综述[J].中国仪器仪表，2001，2:1-2.

[3] 赵仕俊.CMS-200/300自动岩芯测量系统分析[J].石油仪器，1995，9(4)：219-224.

[4] 林光荣，陈付星.CMS-300岩心自动测定仪[J].石油仪器，1998，12(6)：34-36.

[5] 邵东亮.非稳态气测渗透率方法研究.中国石油大学（华东）机电装备教学实习总厂 (内部资料)[Z].

摘 要：本文介绍了一种非稳态法气体渗透率测试装置，详细阐述了该装置的测试原理、硬件核心单元，

软件设计等。该测试装置具有结构简单、操作方便、测量成本低、智能化程度高等优点。

关键词：非稳态法；气体渗透率；测试装置；设计

中图分类号：O354文献标识码：C文章编号：2096-1995(2016)27-0049-01

作者简介：万军凤（1979-），女，山东人，讲师，从事油气田开发工程的教学与科研工作。

- 49 -