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STY-2型 氣體滲透率儀操作說明
一、概 述
出油（氣）巖石絕大多數(shù)的孔隙是相互連通的，它不僅具有儲(chǔ)存油氣的能力，而且還有流體在其中滲流的能力。在一定的壓差下，巖石的允許流體通過的性質(zhì)稱為巖石的滲透性，從數(shù)量上度量巖石的滲透性參數(shù)就叫做巖石的滲透率。
該氣體滲透率儀具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)定速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，是常規(guī)巖心分析不可少的實(shí)驗(yàn)裝置。
二、工作原理
這臺(tái)儀器是基于達(dá)西定律設(shè)計(jì)的。
設(shè)有一橫截面積為A，長度為L的巖石，將其夾持于巖心夾持器中，如圖⑴所示，使粘度為µ的流體在壓差△P下通過巖心，測(cè)得流量Q。實(shí)驗(yàn)證明單位時(shí)間通過巖心的體積流量Q與壓差△P巖心橫截面積A成正比，與巖心的長度L和流體的粘度成反比：
這就是所謂的“達(dá)西方程”，從式中看出A、L是巖石的幾何尺寸，△P是外部條件，當(dāng)外部條件、幾何尺寸、流體性質(zhì)都一定時(shí)，流體通過量Q的大小就取決于反映巖石可滲性的比例常數(shù)K的大小，我們把K稱為巖石的滲透率；式⑴可改寫成為：
此式便可計(jì)算巖石的滲透率。
前面討論的都是以下不可壓縮流體（液體）為基礎(chǔ)的，我們?cè)O(shè)計(jì)的氣體滲透率是以氣體作為介質(zhì)，因?yàn)闅怏w是壓縮流體，所以達(dá)西方程式需要修正才能應(yīng)用。
*，可壓縮的氣體zui大特點(diǎn)是當(dāng)壓力增加流體能被壓縮；當(dāng)壓力降低時(shí)，流體就發(fā)生膨脹；當(dāng)溫度一定時(shí)，流體的膨脹服從玻義爾定律。如果以zui簡(jiǎn)單的平面線滲流考慮，設(shè)進(jìn)口壓力P1，出口壓力為P2。顯然，當(dāng)壓力從P1變化到P2時(shí)，氣體的體積必然變化，故流速也變化。因此，必須考慮用平均體積流量Q代入達(dá)西方程。
若把氣體膨脹視為等溫過程，按玻義爾定律：
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;
從上面分析得出對(duì)可壓縮流體的達(dá)西公式的修正只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(cè)定滲透率時(shí)，氣體的體積流量要用標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積Q0值，不是用Q1，也不是用Q2值。
三、儀器結(jié)構(gòu)及各部件說明
本儀器可安裝在任何試驗(yàn)臺(tái)（桌）上，臺(tái)面防震，并離開門遠(yuǎn)一點(diǎn)，以免溫度發(fā)生突變，做到這一點(diǎn)即可測(cè)得穩(wěn)定的結(jié)果，見圖2：
1. 環(huán)壓表 2. 上流壓力表 3. 巖心夾持器 . 壓力調(diào)節(jié)器
5. 干燥器 6. 放空閥 7. 環(huán)壓閥 9. 氣源閥 10.轉(zhuǎn)子流量計(jì)
圖2：氣體滲透率儀流程圖
儀器有下列部件：
⑴．帶有調(diào)節(jié)器的高壓鋼瓶一個(gè)，瓶內(nèi)壓力約15MPa，用它來作儀表的氣源。
⑵．巖心夾持器：這是在測(cè)定滲透率時(shí)裝巖心用的，這個(gè)夾持器也可用來連接孔隙儀，以測(cè)定巖心孔隙體積。
⑶．環(huán)壓表：用它來指示橡皮筒外部所加的壓力值。
⑷．上流壓力表：在測(cè)定滲透率時(shí)，用它來指示巖心的上流壓力值P1；分高壓表和低壓表；
⑸．壓力調(diào)節(jié)器：這個(gè)閥是用來調(diào)節(jié)氣源進(jìn)入的氣體并減壓控制巖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(huán)壓，使橡皮筒的壓力達(dá)到常壓。
⑺．巖心閥：打開此閥，使高壓氣體進(jìn)入巖心夾持器與橡皮筒之間的環(huán)形空間，使橡皮筒緊貼住巖樣及夾持器的上下端塞。
⑻.氣源閥：供給滲透率儀調(diào)節(jié)器低于1MPa的氦氮?dú)猓偻ㄟ^調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)纳狭鲏毫Α?/span>
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(jì)測(cè)壓力。
⑿.干燥器：使進(jìn)入巖樣前的氣體進(jìn)行干燥，然后再進(jìn)入巖心。
⒀.皂膜流量計(jì)：用它來計(jì)量巖樣出口端氣體的流量。
四、測(cè)試準(zhǔn)備
1．樣品準(zhǔn)備
⑴．樣品加工：將待測(cè)樣品用鉆床鉆成直徑為25mm，長為20～70mm，兩端面磨平并與樣品軸垂直。
⑵．樣品處理：含油樣品先洗油，然后用105℃在烘箱中烘干（時(shí)間長短可視具體情況而定），然后放入干燥器中冷至室溫待測(cè)。
2．儀器準(zhǔn)備
按照流程連接好以后，經(jīng)過檢漏，關(guān)閉面板上的全部閥門與調(diào)節(jié)器，關(guān)閉流量計(jì)的針形閥。
⑴．上流檢漏：用肥皂涂于各個(gè)接頭處，如果有漏，可看見肥皂泡，檢查各個(gè)接頭與閥門及管線。
⑵．下流檢漏：巖樣下端不能許可有泄漏，如果發(fā)現(xiàn)漏氣，應(yīng)立即進(jìn)行檢修。
⑶．巖心夾持器檢漏：巖心夾持器系統(tǒng)的檢漏，可按下述方式進(jìn)行：
①．巖心夾持器中放一塊孔隙與與滲透率都很大的樣品，夾持器橡皮筒中加壓1MPa，該樣品的長度必須是夾持器能測(cè)試zui大的樣品長度；
②．關(guān)掉環(huán)壓閥，橡皮筒中壓力下降時(shí)，環(huán)壓表壓力就會(huì)顯示出來。這就表示有泄漏處。如果檢查有關(guān)管線與接頭不泄漏，就判斷是夾持器有泄漏處，可按下述方式檢查泄漏的位置：
用夾子夾住通向巖心夾持器的上流塑料管子，并打開流量計(jì)的針形閥，如果流量計(jì)有顯示，說明巖心夾持器橡皮筒有小孔泄漏，必須重新更換一個(gè)橡皮筒。
如果不是巖心夾持器的橡皮筒漏氣，就緊一下夾持上下螺母，擰緊后還是漏，就用肥皂液找出泄漏處，進(jìn)行合理的修理。
五、測(cè)試步驟
⑴．從干燥器取出適合夾持器直徑的巖樣，用游標(biāo)卡尺量出巖樣的長度和直徑計(jì)算其橫截面積A，幾何尺寸必須在進(jìn)行測(cè)定之前量出。如果為了保持巖心端面干凈，而需要將巖心的一部分切掉之后，應(yīng)重新取其長度。
⑵．先檢查面板上各閥門與夾持器上的手輪是否關(guān)死。
⑶．?dāng)Q松巖心夾持器兩邊固定托架的手輪后，下降托架，卸出夾持器內(nèi)的加壓鋼柱塞。
⑷.將測(cè)量幾何尺寸的巖樣裝進(jìn)巖心夾持器的橡皮筒內(nèi)，用加壓鋼柱塞將巖樣向上頂，直到巖樣兩端被夾持器上端頭與加壓鋼柱塞貼緊為止，擰緊手輪。
⑸.打開放空閥，關(guān)放空閥。
⑹.打開高壓氣瓶閥，將氣瓶上的壓力表調(diào)到1MPa，開巖心閥，使環(huán)壓表顯示到1MPa，關(guān)巖心閥。
⑺.調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器Q261（一般壓力由小到大調(diào)節(jié)）,調(diào)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(diào)節(jié)。
⑻.選擇*量計(jì)，在不同上流壓力下讀取流量（氣體滲透率儀上裝有三支流量計(jì)，其量程是不同的，在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)流量的大小不同，選擇適當(dāng)量程的流量計(jì)，在滿足要求的情況下盡量選用小量程的流量計(jì)，流量計(jì)的使用與流量校正請(qǐng)參見流量計(jì)使用說明書），要求每塊巖樣應(yīng)測(cè)4個(gè)點(diǎn)以上不同壓差下的流量。
⑼.調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器，使上流壓力降至零，開放空閥，使環(huán)壓降至零，重復(fù)步驟，取出巖樣。
⑽.如果要繼續(xù)測(cè)試，再重復(fù)步驟4～10；如果實(shí)驗(yàn)結(jié)束將加壓柱塞推進(jìn)夾持器中，擰緊手輪，關(guān)閉所有閥門，測(cè)試完畢。
⑾.記錄數(shù)據(jù)：
①.記錄當(dāng)天的大氣壓力；
②.記錄所有氣體類別；
③.記錄上流壓力；
④.記錄流量；
⑤.記錄巖樣號(hào)、長度、直徑。
⑿.上述測(cè)定的參數(shù)填入原始數(shù)據(jù)記錄表格（見附表）
⒀.注意事項(xiàng)：
①．巖樣兩端面必須垂直于巖樣的軸線，并且兩端應(yīng)互相平行，巖樣端面不規(guī)則時(shí)，可能使橡皮筒折皺或劃破。
②．巖心夾持器中未放樣品時(shí)，不能加環(huán)壓，否則就會(huì)損壞橡皮筒。
③．巖樣直徑比巖心夾持器直徑小1－1.5mm時(shí)，放入夾持器中不會(huì)損壞橡皮筒，如果更小，就應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆椒右蕴幚恚怪粫?huì)損壞橡皮筒。
④．在測(cè)定氣體流量時(shí)，用1只流量計(jì)，其它流量計(jì)的針形閥必須關(guān)死。
六、數(shù)據(jù)處理
1．由于單相流體通過巖樣，其滲流規(guī)律也不總是服從達(dá)西定律，只有在壓力梯度較小、流速較低時(shí)，單相流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)才服從達(dá)西線性滲流。當(dāng)壓力梯度超過某一極限值時(shí)，就不再服從達(dá)西定律，而是服從非線性滲流規(guī)律。
為此需要作－△P/L曲線來驗(yàn)證達(dá)西定律。
2．取－△P/L直線段的點(diǎn)子，按下式分別計(jì)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(jù)所用的溫度查表而來），其它符號(hào)同前。
3．根據(jù)1/ ＝1/½（P1+P2），計(jì)算1/ 的值。
4．將測(cè)試點(diǎn)得到的Kg和1/ 繪制成Kg～1/曲線，又根據(jù)直線外推在縱坐標(biāo)上的截距，得到巖心的真實(shí)滲透率（又稱等值液體滲透率）。
儀器主要技術(shù)參數(shù)
1．測(cè)試巖心直徑：φ25mm；
2．測(cè)試巖心長度：20～70mm；
3．工作介質(zhì)：氮?dú)?/span>
4．儀器配套：高壓鋼瓶一只
氣壓表一只 （用戶自備）
游標(biāo)卡尺一把 （用戶自備）
干燥器一個(gè)（存放巖樣用） （用戶自備）
5．測(cè)試范圍：0.01×10-3µm2～6µm2
6．測(cè)量誤差：K〈10×10-3µm2 相對(duì)誤差≤5%
K〉10×10-3µm2 相對(duì)誤差≤5%
附表：
項(xiàng) 目 | 符號(hào) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
巖樣進(jìn)口壓力（表）MPa |
| | | | | |
巖樣進(jìn)口壓力（絕）MPa | P1 | | | | | |
巖樣出口壓力（表）MPa |
| | | | | |
巖樣出口壓力（絕）MPa | P2 | | | | | |
氣體流量（測(cè)）mL/S | Q | | | | | |
氣體流量（校）mL/S | Q0 | | | | | |
巖樣長度L= cm 巖樣直徑D= cm 巖樣橫截面積A= cm2 大氣壓力P0= MPa 氣體溫度t= ℃ 氣體粘度µg= MPa·S |
