STY-2型氣體滲透率測定儀（數顯流量計）

   一、概 述

出油（氣）岩石絕大多數的孔隙是相互(hu)連通的，它不僅具(ju)有儲存油氣的能力，而(er)且還有流體在其中滲流的能力。在一定的壓差下，岩石的允許(xu)流體通過的性(xing)質稱為岩石的滲透性(xing)，從數量上度量岩石的滲透性(xing)參數就叫做岩石的滲透率。

該氣體滲透率儀具(ju)有結構(gou)簡(jian)單、操作方便、測定速度快、精度高等優(you)點(dian)，是常規岩心分析(xi)不可少(shao)的實驗裝(zhuang)置。

二、工作原理

這(zhe)台儀器是基於達西定律設計的。

設有一橫截麵積為A，長度為L的岩石，將(jiang)其夾持於岩心夾持器中，如圖⑴所示，使粘度為µ的流體在壓差△P下通過岩心，測得流量Q。實驗證明單位時間通過岩心的體積流量Q與壓差△P岩心橫截麵積A成正比，與岩心的長度L和流體的粘度成反比： 

這(zhe)就是所謂的“達西方程”，從式中看出A、L是岩石的幾何尺寸，△P是外部條件，當外部條件、幾何尺寸、流體性(xing)質都(du)一定時，流體通過量Q的大小就取決於反映(ying)岩石可滲性(xing)的比例(li)常數K的大小，我們把K稱為岩石的滲透率；式⑴可改寫成為： 

此式便可計算岩石的滲透率。

麵討論(lun)的都(du)是以下不可壓縮流體（液體）為基礎的，我們設計的氣體滲透率是以氣體作為介質，因為氣體是壓縮流體，所以達西方程式需要修正才能應用。

眾所周知，可壓縮的氣體大特點(dian)是當壓力增(zeng)加流體能被壓縮；當壓力降低時，流體就發生膨(peng)脹；當溫度一定時，流體的膨(peng)脹服從玻義爾(er)定律。如果以簡(jian)單的平麵線滲流考慮(lv)，設進口壓力P₁，出口壓力為P₂。顯然，當壓力從P₁變化到P₂時，氣體的體積必然變化，故流速也變化。因此，必須(xu)考慮(lv)用平均體積流量Q代入達西方程。

若把氣體膨(peng)脹視為等溫過程，按(an)玻義爾(er)定律： 

式中：

  平均壓力，MPa；

  平均壓力下的平均體積流量，mL/s；

P₀ 大氣壓力，MPa；

Q₀ 大氣壓力下的氣體流量，mL/s;

從上麵分析(xi)得出對可壓縮流體的達西公式的修正隻把流量用平均流量代入即可： 

式中：µg 氣體的粘度；

也就是說，用氣體測定滲透率時，氣體的體積流量要用標準狀況(kuang)下的體積Q₀值，不是用Q₁，也不是用Q₂值。

三、儀器結構(gou)及各部件說明

本儀器可安裝(zhuang)在任(ren)何試驗台（桌）上，好台麵防震，並離開門(men)遠(yuan)一點(dian)，以免溫度發生突變，做到這(zhe)一點(dian)即可測得穩(wen)定的結果，見圖2：

1. 環壓表     2. 上流壓力表    3. 岩心夾持器   4. 壓力調節器

5. 幹燥器  6. 放空閥   7. 環壓閥   9. 氣源閥   10.轉子流量計

图2：氣體滲透率測定儀流程圖

儀器各部件：

⑴．帶有調節器的高壓鋼(gang)瓶一個，瓶內壓力約15MPa，用它來作儀表的氣源。

⑵．岩心夾持器：這(zhe)是在測定滲透率時裝(zhuang)岩心用的，這(zhe)個夾持器也可用來連接孔隙儀，以測定岩心孔隙體積。

⑶．環壓表：用它來指示橡皮(pi)筒外部所加的壓力值。

⑷．上流壓力表：在測定滲透率時，用它來指示岩心的上流壓力值P₁；分高壓表和低壓表；

⑸．壓力調節器：這(zhe)個閥是用來調節氣源進入的氣體並減(jian)壓控製岩心上流端所需要的操作壓力值；分Q261和定值器。

⑹．放空閥：打開此閥放掉環壓，使橡皮(pi)筒的壓力達到常壓。

⑺．岩心閥：打開此閥，使高壓氣體進入岩心夾持器與橡皮(pi)筒之(zhi)間的環形空間，使橡皮(pi)筒緊貼(tie)住岩樣及夾持器的上下端塞。

⑻.氣源閥：供給(gei)滲透率儀調節器低於1MPa的氦氮氣，再通過調節器的調節產生適當的上流壓力。

⑼.高壓閥：打開此閥，提供高的上流壓力。

⑽.低壓閥：打開此閥，提供低的上流壓力。

⑾.中間閥：打開此閥，用水銀壓力計測壓力。

⑿.幹燥器：使進入岩樣的氣體進行(xing)幹燥，然後再進入岩心。

⒀.皂膜流量計：用它來計量岩樣出口端氣體的流量。

四、測試準備

1．樣品準備

⑴．樣品加工：將(jiang)待(dai)測樣品用鑽(zuan)床鑽(zuan)成直徑為25mm，長為20～70mm，兩端麵磨平並與樣品軸垂直。

⑵．樣品處理：含油樣品先洗油，然後用105℃在烘箱中烘幹（時間長短(duan)可視具(ju)體情況(kuang)而(er)定），然後放入幹燥器中冷至室溫待(dai)測。

2．儀器準備

按(an)照流程連接好以後，經過檢漏，關閉麵板上的全(quan)部閥門(men)與調節器，關閉流量計的針形閥。

⑴．上流檢漏：用肥(fei)皂塗(tu)於各個接頭處，如果有漏，可看見肥(fei)皂泡(pao)，檢查各個接頭與閥門(men)及管線。

⑵．下流檢漏：岩樣下端絕對不能許(xu)可有泄(xie)漏，如果發現漏氣，應立即進行(xing)檢修。

⑶．岩心夾持器檢漏：岩心夾持器係統(tong)的檢漏，可按(an)下述方式進行(xing)：

①．岩心夾持器中放一塊孔隙與與滲透率都(du)很(hen)大的樣品，夾持器橡皮(pi)筒中加壓1MPa，該樣品的長度必須(xu)是夾持器能測試大的樣品長度；

②．關掉環壓閥，橡皮(pi)筒中壓力下降時，環壓表壓力就會顯示出來。這(zhe)就表示有泄(xie)漏處。如果檢查有關管線與接頭不泄(xie)漏，就判斷是夾持器有泄(xie)漏處，可按(an)下述方式檢查泄(xie)漏的位置：

用夾子夾住通向岩心夾持器的上流塑(su)料管子，並打開流量計的針形閥，如果流量計有顯示，說明岩心夾持器橡皮(pi)筒有小孔泄(xie)漏，必須(xu)重新更換一個橡皮(pi)筒。

如果不是岩心夾持器的橡皮(pi)筒漏氣，就緊一下夾持上下螺母，擰緊後還是漏，就用肥(fei)皂液找出泄(xie)漏處，進行(xing)合理的修理。

五、測試步驟

⑴．從幹燥器取出適合夾持器直徑的岩樣，用遊標卡(ka)尺量出岩樣的長度和直徑計算其橫截麵積A，幾何尺寸必須(xu)在進行(xing)測定之(zhi)量出。如果為了(liao)保持岩心端麵幹淨，而(er)需要將(jiang)岩心的一部分切(qie)掉之(zhi)後，應重新取其長度。

⑵．先檢查麵板上各閥門(men)與夾持器上的手輪是否關死。

⑶．擰鬆岩心夾持器兩邊固(gu)定托架的手輪後，下降托架，卸(xie)出夾持器內的加壓鋼(gang)柱(zhu)塞。

⑷.將(jiang)測量幾何尺寸的岩樣裝(zhuang)進岩心夾持器的橡皮(pi)筒內，用加壓鋼(gang)柱(zhu)塞將(jiang)岩樣向上頂(ding)，直到岩樣兩端被夾持器上端頭與加壓鋼(gang)柱(zhu)塞貼(tie)緊為止，擰緊手輪。

⑸.打開放空閥，關放空閥。

⑹.打開高壓氣瓶閥，將(jiang)氣瓶上的壓力表調到1MPa，開岩心閥，使環壓表顯示到1MPa，關岩心閥。

⑺.調節壓力調節器Q261（一般壓力由小到大調節）,調至所需要的上流壓力至0.2MPa左右，若需要的上流壓力低，通過定值器調節。

⑻.選擇一流量計，在不同上流壓力下讀(du)取流量（氣體滲透率測定儀上裝(zhuang)有三支流量計，其量程是不同的，在使用時應根據流量的大小不同，選擇適當量程的流量計，在滿足(zu)要求的情況(kuang)下盡量選用小量程的流量計，流量計的使用與流量校(xiao)正請參見流量計使用說明書），要求每塊岩樣應測4個點(dian)以上不同壓差下的流量。

⑼.調節壓力調節器，使上流壓力降至零，開放空閥，使環壓降至零，重複步驟，取出岩樣。

⑽.如果要繼續測試，再重複步驟4～10；如果實驗結束將(jiang)加壓柱(zhu)塞推進夾持器中，擰緊手輪，關閉所有閥門(men)，測試完畢。

⑾.記錄數據：

①.記錄當天的大氣壓力；

②.記錄所有氣體類別(bie)；

③.記錄上流壓力；

④.記錄流量；

⑤.記錄岩樣號、長度、直徑。

⑿.上述測定的參數填入原始(shi)數據記錄表格（見附表）

⒀.注意事項：

①．岩樣兩端麵必須(xu)垂直於岩樣的軸線，並且兩端應互(hu)相平行(xing)，岩樣端麵不規則時，可能使橡皮(pi)筒折皺或劃破(po)。

②．岩心夾持器中未放樣品時，絕對不能加環壓，否則就會損壞橡皮(pi)筒。

③．岩樣直徑比岩心夾持器直徑小1－1.5mm時，放入夾持器中不會損壞橡皮(pi)筒，如果更小，就應采(cai)取適當的方法加以處理，使之(zhi)不會損壞橡皮(pi)筒。

④．在測定氣體流量時，用1隻流量計，其它流量計的針形閥必須(xu)關死。

六、數據處理

1．由於單相流體通過岩樣，其滲流規律也不總是服從達西定律，隻有在壓力梯(ti)度較小、流速較低時，單相流體在多孔介質中的流動才服從達西線性(xing)滲流。當壓力梯(ti)度超過某(mou)一限值時，就不再服從達西定律，而(er)是服從非線性(xing)滲流規律。

為此需要作 －△P/L曲線來驗證達西定律。

2．取 －△P/L直線段的點(dian)子，按(an)下式分別(bie)計算氣體滲透率Kg：

式中：Kg 氣體滲透率，µm²

     µ 氣體的粘度，MPa·s（根據所用的溫度查表而(er)來），其它符號同。

3．根據1/ ＝1/½（P1+P2），計算1/ 的值。

4．將(jiang)測試點(dian)得到的Kg和1/ 繪製成Kg～1/ 曲線，又根據直線外推在縱坐(zuo)標上的截距，得到岩心的真實絕對滲透率（又稱等值液體滲透率）。

儀器主要技術參數

1．測試岩心直徑：φ25mm；

2．測試岩心長度：20～70mm；

3．工作介質：氮氣

4．儀器配套：高壓鋼(gang)瓶一隻

             氣壓表一隻                 （用戶自備）

             遊標卡(ka)尺一把               （用戶自備）

             幹燥器一個（存放岩樣用）   （用戶自備）

5．測試範圍：0.01×10^-3µm²～6µm²

6．測量誤差：K〈10×10^-3µm² 相對誤差≤5%

更新時間：2024/8/5 14:26:36