[发明专利]高温高压下岩石中烃类扩散系数测定用设备及测定方法

权利要求书

1.一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。

2.一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；

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各阀门进行真空检漏，发现渗漏及时进行拧紧并反复检漏确保管线不存在渗漏；

G.根据样品取样层位的实际地温资料，将岩石扩散系数测定仪的温控仪设定为实际地温，作为实验温度；

H.当岩石扩散系数测定仪的管线及阀门没有漏气时，分别打开左气源控制阀、右气源控制阀、左活塞容器控制阀、右活塞容器控制阀，利用烃类气源、N₂气源向左活塞容器、右活塞容器分别充注定量的烃类和N₂充当平衡气体，启动自动加压泵，设定实验进行所需的最终注气平衡压力及恒定增压流速，通过自动加压泵对左活塞容器、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，最终左活塞容器及右活塞容器的气缸达到设定的注气平衡压力时，自动加压泵停止增压，以此作为实验开始时刻，然后关闭左活塞容器控制阀、右活塞容器控制阀、左扩散室控制阀、右扩散室控制阀，在相同的注气平衡压力下左扩散室、右扩散室中气体进行仅存在浓度梯度而不存在压力梯度的气体扩散；

I.实验开始后每隔0.5-2小时打开左取样阀、右取样阀分别使少量左扩散室、右扩散室的气体送入色谱检测仪测定并记录左扩散室中烃类及N₂的浓度、右扩散室中烃类及N₂的浓度，利用计算机存储并记录每次两扩散室的气体浓度数据；

J.当检查到左扩散室中烃类浓度降低、右扩散室中烃类浓度增加则可以判断烃类气体通过样品从左扩散室扩散进入右扩散室，并以此数据作为第1组左扩散室、右扩散室烃类浓度变化数据，然后连续记录8组以上的左扩散室、右扩散室烃类浓度变化数据后，实验结束，关闭左活塞容器控制阀、右活塞容器控制阀、以及左扩散室控制阀、右扩散室控制阀、左取样阀、右取样阀等，从岩心夹持器中取出样品；

K.将计算机记录保存的所有原始数据带入菲克第二定律，利用如下公式计算高温高压岩石中烃类扩散系数：

D＝ln(ΔC₀/ΔC_i)/[E(t_i-t₀)]，

其中E＝A(1/V₁+1/V₂)/L，t₀为初始时刻，t_i为i时刻，ΔC_i为i时刻烃类在两个扩散室中浓度差，ΔC₀为初始时刻烃类在两个扩散室中浓度差，A为岩样的截面积，L为岩样的长度，V₁、V₂分别为左扩散室、右扩散室的容积，分析其与注气平衡压力、实验温度之间的关系。