高温高压下岩石中烃类扩散系数测定用设备及测定方法技术

本发明专利技术提供高温高压下岩石中烃类扩散系数测定用设备及测定方法。该设备主要包括岩石扩散系数测定仪、真空泵、围压加压泵、烃类气源、N2气源、左活塞容器、右活塞容器、自动加压泵、色谱检测仪、计算机、烘干装置、岩石饱和水装置等。该设备及测定方法可以实现岩心夹持器两端扩散室的注气平衡压力始终保持精确一致，确保整个实验过程中不存在压力梯度的驱动而仅存在浓度梯度驱动下的烃类扩散，同时解决了常规扩散系数测定中气源平衡压力控制设备的注气平衡压力较小、实验温度相对较低与实际地层条件存在差异的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种岩石中烃类扩散系数测定用实验设备及测定方法，尤其涉及一种高温高压条件下岩石中烃类扩散系数测定用实验设备及测定方法，属于石油开采
中的天然气地质分析

技术介绍
扩散是指烃类气体在浓度梯度作用下，气体分子从高浓度区通过各种介质向低浓度区自由迁移达到平衡的一种物理过程。扩散作用是油气运移的重要机理之一，它对于油气，特别是天然气(由于分子小，重量轻，活动性强，所以在地下具有较强的扩散性)的运移、聚集聚、成藏、保存和破坏起至关重要作用。对于已经聚集的气藏，除盖层自身封闭能力、断层的影响外，盖层岩石对于烃类的扩散能力是影响气藏后期改造、破坏的最重要因素；然而，除了作为常规传统的破坏因素，扩散在天然气运移、聚集和成藏过程也可能产生积极作用和贡献，尤其在非常规致密砂岩、页岩气等领域。扩散系数作为描述天然气通过岩石扩散速度快慢的重要评价参数，是天然气扩散充注量和散失量计算必不可少的重要参数。目前，实验室测定扩散系数采用间接方法，即实验测定一定时间内通过样品的扩散量或浓度，再由这些实测值通过某种方法确定或求得扩散系数值。常规测得的扩散系数由于受实验温压条件及地质时间限制，与实际地质条件下岩石真正扩散能力存在着偏差，并且在地质时期中随着埋深增加、压实成岩作用增强，天然气扩散系数在不同地质时期也是不同的。由此可见，最大程度接近实际地质高温高压条件测定岩石烃类扩散系数，对于准确评价岩石中烃类扩散能力，评估天然气扩散充注量和扩散散失量，开展常规、非常天然气的运移、聚集、成藏及保存研究及资源评价都具有极其重要作用。目前国内外实验室岩石烃类扩散系数测定主要在常温、常压(室温22°C、0. 2MPa注气平衡压力，3MPa围压)条件下进行，并且现有扩散系数测定装置多采用精密压力表等控制两端扩散室注气平衡压力，不能很好地保证两端扩散室注气平衡压力始终保持相同，容易产生微小压差，因而不能完全保证整个实验过程仅有浓度梯度驱动而没有压力梯度存在；此外，由于常规的气源压力控制设备控制的注气平衡压力普遍较小以及实验温度相对较低与实际地质条件下岩石在地层中处于饱和地层水、高温、高压的状态具有较大差异，不能较好地反映地质条件下岩石烃类真正的扩散能力。因此，有必要对现有设备进行改造并提供一种高温高压岩石烃类扩散系数测定用实验设备来克服上述技术问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种高温高压条件下岩石中烃类扩散系数测定用实验设备及测定方法。该实验设备及测定方法能够方便、快捷、准确、高效的测定高温高压条件下岩石中烃类扩散系数，为开展天然气扩散充注量、散失量评价以及进行常规或非常规天然气运聚、成藏、保存和资源评价研究提供科学的数据支持。为达上述目的，本专利技术提供一种高温高压条件下岩石中烃类扩散系数测定用实验设备，其特征在于，该设备包括岩石扩散系数测定仪、真空泵、围压加压泵、烃类气源、N2气源、左活塞容器、右活塞容器、自动加压泵、色谱检测仪、计算机、烘干装置、岩石饱和水装置；其中，所述岩石扩散系数测定仪包括恒温箱、岩心夹持器以及温控仪；所述岩心夹持器位于所述恒温箱内，用于放置样品，并被样品分隔成左扩散室及右扩散室；所述温控仪与所述恒温箱相连接；所述围压加压泵与所述岩心夹持器相连接，采用液压的方式给岩心夹持器加载模拟地层条件下的围压；所述色谱检测仪通过管线分别与所述左扩散室与所述右扩散室连接，所述左扩散室与色谱检测仪连接的管线上设有左取样阀，所述右扩散室与色谱检测仪连接的管线上设有右取样阀，所述色谱检测仪用于检测岩石扩散系数测定仪的左扩散室中的烃类和N2浓度变化情况，以及右扩散室中烃类和N2浓度变化情况；所述计算机与所述色谱检测仪连接，用于控制色谱检测仪运行以及记录并存储原始数据；所述真空泵通过管线分别与所述岩石扩散系数测定仪左右两端相连，在所述管线上设有真空泵控制阀，用于对管线进行抽真空，以保证扩散系数测定初始时刻左扩散室中为单一、纯净的烃类，右扩散室中为单一、纯净的N2气体；所述左活塞容器与所述右活塞容器尺寸大小与连接相同，两活塞容器均包括活塞、液体增压缸和气缸；所述左活塞容器的气缸通过管线与所述左扩散室连接，在所述管线上设有左活塞容器控制阀及左扩散室控制阀，其中，所述左活塞容器控制阀设置在靠近左活塞容器的管线上，所述左扩散室控制阀设置在靠近左扩散室的管线上；所述右活塞容器的气缸通过管线与右扩散室连接，在所述管线上设有右活塞容器控制阀及右散室控制阀，其中，所述右活塞容器控制阀设置在靠近右活塞容器的管线上，所述右扩散室控制阀设置在靠近右扩散室的管线上；所述烃类气源通过管线与所述左活塞容器的气缸的一侧连接，在所述管线上设有左气源控制阀；所述N2气源通过管线与所述右活塞容器的气缸的一侧连接，在所述管线上设有右气源控制阀；所述自动加压泵通过管线分别与所述左活塞容器及所述右活塞容器的液体增压缸相连接。在上述实验设备中，所述烃类气源可以为甲烷气源、乙烷气源、丙烷气源、丁烷气源或戊烷气源等气体烃类的单组份气体气源。在上述实验设备中，左活塞容器及右活塞容器可以均为不锈钢材质，容积均为20L，最高工作压力30MPa。在上述实验设备中，所述岩心夹持器可以为常规的耐高温高压岩心夹持器，其承压能力不低于50MPa，耐温性不低于150°C。各管线为常规的耐高温高压管线，为不锈钢材质。所述烘干装置可以是常规的烘干仪器，优选为烘箱，其用于样品的烘干。所述岩石饱和水装置可以是常规的饱和水装置，其主要用于对烘干后的样品根据实际地质条件进行模拟地层条件下的饱和地层水。在上述实验设备中，所述自动加压泵内装有增压液体，并设有注气平衡压力以及恒定增压流速的设定装置；通过设定注气平衡压力以及恒定增压流速的方式对左活塞容器及右活塞容器的液体增压缸恒速注入增压液体推动活塞压缩气体增压，并最终实现左活塞容器、右活塞容器达到相同的设定的注气平衡压力，从而保证岩心加持器中的左扩散室、右扩散室都具有相同的注气平衡压力，保证烃类仅存在浓度梯度作用下的扩散而不存在压力梯度作用下的扩散。本专利技术中所提到的方向用语，例如左、右等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术。本专利技术还提供一种高温高压条件下岩石中烃类扩散系数测定方法，其包括以下步骤A.将岩石样品制成直径为2. 5cm、长度为0. 5-0. 6cm的小圆柱体，并对样品进行常规孔隙度、渗透率检测；B.将所述样品放入烘干装置，烘干8h以上，直至恒重，其中，烘干温度可以由本领域一般技术人员根据不同种类的岩石样品进行常规选择，比如砂岩的烘干温度在80±2°C ；C.根据样品实际地层水资料配制模拟地层水溶液，利用岩石饱和水装置对样品进行抽真空然后充分饱和地层水8小时以上，直至无气泡溢出，取出已经完全饱和水的样品；D.将饱和水样品放入岩石扩散系数测定仪的岩心夹持器内，利用围压加压泵给岩心夹持器加载设定的模拟地层条件下的围压；E.利用真空泵对左扩散室、右扩散室、其两端与左活塞容器和右活塞容器相连的管线、以及其两端与色谱检测仪相连接的管线抽真空，完毕后依次关闭左扩散室控制阀、右扩散室控制阀、左活塞容器控制阀、右活塞容器控制阀、左取样阀、右取样阀、真空泵控制阀；F.利用检漏液对管线连接处以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温高压条件下岩石中烃类扩散系数测定用实验设备，其特征在于，该设备包括岩石扩散系数测定仪、真空泵、围压加压泵、烃类气源、N2气源、左活塞容器、右活塞容器、自动加压泵、色谱检测仪、计算机、烘干装置和岩石饱和水装置；所述岩石扩散系数测定仪包括恒温箱、岩心夹持器以及温控仪；所述岩心夹持器位于所述恒温箱内，用于放置样品，并被样品分隔成左扩散室及右扩散室；所述温控仪与所述恒温箱相连接；所述围压加压泵与所述岩心夹持器相连接；所述色谱检测仪通过管线分别与所述左扩散室与所述右扩散室连接，所述左扩散室与色谱检测仪连接的管线上设有左取样阀，所述右扩散室与色谱检测仪连接的管线上设有右取样阀；所述计算机与所述色谱检测仪连接；所述真空泵通过管线分别与所述岩石扩散系数测定仪左右两端相连，在所述管线上设有真空泵控制阀；所述左活塞容器与所述右活塞容器尺寸大小与连接相同，两活塞容器均包括活塞、液体增压缸和气缸；所述左活塞容器的气缸通过管线与所述左扩散室连接，在所述管线上设有左活塞容器控制阀及左扩散室控制阀；所述右活塞容器的气缸通过管线与右扩散室连接，在所述管线上设有右活塞容器控制阀及右散室控制阀；所述烃类气源通过管线与所述左活塞容器的气缸的一侧连接，在所述管线上设有左气源控制阀；所述N2气源通过管线与所述右活塞容器的气缸的一侧连接，在所述管线上设有右气源控制阀；所述自动加压泵通过管线分别与所述左活塞容器与所述右活塞容器的液体增压缸相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李志生，王晓波，王东良，李剑，杨春霞，严启团，王义凤，王蓉，马卫，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：