一种岩样处理用成型杯及岩样体积测定方法

摘要

本发明公开了一种岩样处理用成型杯及岩样体积测定方法。成型杯包括杯体、底垫片、外部柱形圆片、支撑杆和弹片，杯体为圆柱型，底垫片为薄的圆柱型，置于杯体内底部，底垫片直径与杯体内径相当；所述杯体底部中央设置有底孔；外部柱形圆片设置于杯体外下部，外部柱形圆片上设置一垂直支撑杆，该支撑杆穿过底孔与底垫片可拆卸式固定连接；外部柱形圆片和杯底外壁之间设置有弹片，弹片为V形。方法包括：通过成型杯使不规则岩样和热熔胶制得规则圆柱状，计算出体积，除去热熔胶的体积，得出岩样体积。本发明所述的成型杯及测定方法可以针对不规则岩样可以实现精确测定岩样体积，设备方法简单，准确度高。

说明书

技术领域

本发明涉及油气地质勘探开发领域，进一步地说，是涉及一种岩样处理用 成型杯及岩样体积测定方法。

背景技术

在油气地质实验室，岩样孔隙度测定过程中，通常需要获得(测定或计算) 岩样总体积、岩样实体体积、孔隙体积这三个参数中的两个，按孔隙度定义计 算岩样孔隙度。其中岩样实体体积是经常测定的一个重要参数。

岩样实体体积的测定一般用气体法，这种方法已应用多年，有很多成功的 经验。气体法测定实体体积的仪器组成、工作原理、测定过程如下：

(1)仪器组成

仪器由气源、标准室、样品室、标准室与样品室连接管线及阀门、气体压 力传感器、标块以及用于数据采集和处理的计算机等组成；其中气源为测试提 供压力不小于0.5Mpa的气体；标准室是一个体积固定的密闭性腔体；样品室是 一个体积固定的圆柱状腔体，样品室内径25mm左右，样品室深度40mm左右， 用于放置圆柱状岩样，顶部有盖子，用于样品室的密封，也方便岩样放入和取 出；标准室和样品室由气体管线连结，管线上有阀门和气体压力传感器(或压 力表)，气体压力传感器用于测定气体压力；标块是一组体积(厚度)大小不等 的圆柱形钢块，直径略小于样品室的内径，方便在样品室放入和取出；计算机 用于压力数据的采集以及岩样实体体积的计算等。

(2)工作原理与测试过程

根据波义耳定律，当标准室内具有一定压力(P₁)的气体，在温度不变的情 况下，经管线扩散到样品室时，气体压力会下降，直至平衡，此时的压力称为 平衡压力(P₂)。此时，下列公式成立：

P₁*V₁＝P₂*(V₂+V₁) --------------------------------------------- ----------------------(1)

其中，V₁：标准室和标准室到阀门之间的管线体积之和；

V₂：样品室和样品室到阀门之间的管线体积之和；

当将岩样放置到样品室中，下列公式成立：

P₁*V₁＝P₂*(V₁+V₂-V₃) ----------------------------------------------------------------

(2)

其中，V₃：岩样的实体体积；

由于V₁、V₂是固定的已知的，因此，只要固定P₁，测定P₂，就可以计算出岩 样的实体体积V₃。

V₃＝(P₂*V₂+P₂*V₁-P₁*V₁)/P₂

  ＝V₂+V₁- P₁*V₁/P₂--------------------------------------------------------- -------------(3)

由公式(3)可以看出，岩样实体体积的测定值，在工作条件一定的情况下， 取决于平衡压力P₂的大小，平衡压力P₂的测定精度直接影响岩样实体体积的测 定精度。

以体积大小不同的标块组合进行实体体积测定时，会得到实体体积与平衡 压力的关系曲线(图1)，实体体积测定值与平衡压力为正相关关系，平衡压力 越大，岩样实体体积越大，平衡压力越小，反映实体体积也越小。从关系曲线 可以看出，在平衡压力较小处，较小的压力变化量，会引起较大的实体体积变 化，这对压力传感器的精度要求很高，达不到相应的精度，会导致测定误差。

在样品测试过程中，由于样品大小不一，往往向样品室中，添加大小不一 的标块，以尽可能填满样品室，以避免平衡压力过小，使其处于平衡压力与实 体体积线性关系较好的范围内，来保证实体体积的测定精度。

随着油气勘探和开发工作的不断深入，孔隙度测定的对象发生了很大的变 化。由较为单一的储层样品，扩展到了生油层、盖层样品。岩性也变得多样化， 除常见的砂岩、泥质砂岩、灰岩、白云岩、火成岩等，扩展到了泥岩、页岩、 泥页岩、膏岩等。使得岩样实体体积测定多样化、复杂化，原有方法、工作方 式和流程，已不能满足工作的需要。

(1)获取规则形状(圆柱状)岩样样品的难度加大，获得的岩样形状不规 则，薄板状和长条状的岩样占很大比例。

(2)有时受样品总量的限制，取得的岩样尺寸小，外观呈不规则球状等。

这些岩样放置到样品室之后，一种情况是难以再放置标块，导致样品室中 剩余的空间大；另一种情况是即使可以放入少量标块，但由于形状为圆球状等 不规则形状，样品室中的剩余空间仍然较大。在这两种情况下，在用气体法进 行实体体积测定过程中，平衡压力很小，常常会超出平衡压力与实体体积线性 关系较好的范围(甚至超出压力传感器的线性范围，导致平衡压力测定精度降 低)，致使岩样实体体积测定精度下降。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种岩样处理用成型杯及岩 样体积测定方法。针对不规则岩样可以实现精确测定岩样体积，设备方法简单， 准确度高。

本发明的目的之一是提供一种岩样处理用成型杯。

所述成型杯包括杯体、底垫片、外部柱形圆片、支撑杆和弹片，

所述杯体为圆柱型，底垫片为薄的圆柱型，置于杯体内底部，底垫片直径与 杯体内径相当；所述杯体底部中央设置有底孔；

所述外部柱形圆片设置于杯体外下部，外部柱形圆片上设置一垂直支撑杆， 该支撑杆穿过底孔与底垫片可拆卸式固定连接；

所述支撑杆与底垫片可拆卸式固定连接可采用现有技术中的各种可拆卸式 固定连接方式，如卡销式连接或是螺纹连接。当螺纹连接时，支撑杆为螺杆状， 底垫片底面设置有带螺纹的孔，可使支撑杆旋入，从而固定。

所述外部柱形圆片和杯底外壁之间设置有弹片，所述弹片为V形，V形底 部为平面，并且底部平面上设置有通孔，V形顶部两端向外水平延伸，所述支 撑杆穿过弹片底部平面上的通孔，弹片的底部平面与外部柱形圆片固定连接， 弹片的V形顶部两端与杯底外壁相接触。其中，所述弹片的底部平面与外部柱 形圆片固定连接方式可采用现有技术中通常的固定连接，如：螺钉连接、粘接、 铆钉连接等。

所述杯体的内径为杯体的高度为40±5mm；所述底孔直径为 5-6mm；所述杯体的壁厚为4-6mm；所述杯体的底部厚度为5-7mm；所述外部 柱形圆片的厚度为4-5mm。

所述杯体为耐高温材料制成，优选采用耐高温的聚四氟乙烯制成。

具体技术方案如下：

一种岩样处理用成型杯，由杯体、底垫片、外部柱形圆片、支撑杆、弹片部 件组成，杯体底部有底孔。成型杯杯体内容积为左右，与标准圆柱状岩样的大小相当，材质为耐100℃以上高温的聚四氟乙烯等； 为方便岩样取出，成型杯附有底垫片和底孔，底垫片为薄的圆柱形，且与外部 一个柱形圆片相连，直径与标准圆柱状岩样的直径相近，材质为具有一定强度 的不锈钢等。与底垫片相连的外部柱形圆片的材质为具有一定强度的不锈钢等， 通过底孔与底垫片以螺杆相连，其上部嵌有具一定强度和弹性的弹片，弹片的 作用是使底垫片在正常状态下贴紧成型杯的底部，在向外部柱形圆片施压时， 底垫片离开成型杯底部，顶出成型的岩样。底孔居于成型杯杯体底部的中心。 将形状不规则或外形尺寸过小的岩样与热熔胶粉(或热熔胶粒等)依次放置到 成型杯中，以加热的方式，使热熔胶粉溶化并与岩样粘接成为一体，粘接后取 出岩样与热熔胶冷却至室温，即可得到外形已呈规则圆柱状的岩样与热熔胶的 结合体。从而为提高不规则岩样实体体积的测定精度奠定基础。

本发明的目的之二是提供一种岩样体积测定方法。

包括：

将待岩样和热熔胶粉或胶粒置入所述成型杯杯体中，加热，使胶粉或胶粒融 化与岩样粘接，形成规则的圆柱状，用气体法测定其体积，扣除热熔胶体积计 算得到岩样的体积。

具体地，

(1)在岩样烘干的条件下，称重，得到岩样重量G₁；

(2)将岩样放置到成型杯中，并添加一定量的热熔胶粉(或胶粒)至覆盖 包裹岩样；

(3)将盛有岩样和热熔胶粉的成型杯加热(如烘箱等)，使热熔胶粉溶化、 粘接岩样，直至无气泡溢出；

(4)将成型杯取出，冷却；

(5)从成型杯中取出岩样，此时岩样与热熔胶粉以粘接为一体，呈规则圆 柱状；

(6)称取岩样粘接热熔胶后的重量，G₂；

(7)计算热熔胶的体积，V₁；

V₁＝(G₂-G₁)/D，D为热熔胶的比重，已知；

(8)气体法测定岩样粘接热熔胶后的体积，V₂；

(9)计算岩样的实体体积，V

V＝V₂-V₁

为顺利脱出样品，可在放入样品和热熔胶之前，在杯壁上涂抹少许硅脂，利 用硅脂的导热、耐温、润滑作用，保证样品脱出。

本发明通过采取将岩样用热熔胶粉粘接处理的方法，使岩样外形规则化，提 高岩样实体体积测试精度。特别适用于泥岩、页岩、泥页岩和膏岩等外形不规 则以及小尺寸岩样的实体体积测定。

附图说明

图1体积和平衡压力关系曲线图

图2本发明所述的成型杯结构示意图

图3本发明所述的成型杯剖面图

图4弹片结构示意图

附图标记说明：

1-杯体；2-底垫片；3-底孔；4-支撑杆；5-外部柱形圆片；6-弹片

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例：

如图2和图3所示，一种岩样处理用成型杯，包括杯体1、底垫片2、外部 柱形圆片5、支撑杆4、弹片6。

所述杯体1为圆柱型，底垫片2为薄的圆柱型，置于杯体1内底部，底垫片 2直径与杯体1内径相当；所述杯体1底部中央设置有底孔3；

所述外部柱形圆片5设置于杯体1外下部，外部柱形圆片5上设置一垂直螺 杆作为支撑杆4，底垫片2底面设置有带螺纹的孔；该支撑杆4穿过底孔旋入底 垫片2的螺纹孔中，形成可拆卸式固定连接。

所述外部柱形圆片5和杯底外壁之间设置有弹片6，如图4所示，所述弹片 6为所述弹片6为V形，V形底部为平面，并且底部平面上设置有通孔，V形顶 部两端向外水平延伸，所述支撑杆4穿过弹片底部平面上的通孔，弹片6的底 部平面的通孔两侧设置有两个小孔用于以螺丝与外部柱形圆片5连接，弹片6 的V形顶部两端与杯底外壁相接触。弹片6具有一定强度和弹性的，取样时， 向外部柱形圆片5施压，通过支撑杆4传导给底垫片2，底垫片2顶起岩样并脱 出。不施压时底垫片2与杯体1底部贴紧

所述杯体的内径为25mm；杯体的高度为40mm；所述底孔直径为5mm； 所述杯体的壁厚为4mm；所述杯体的底部厚度为5mm；所述外部柱形圆片的 厚度为5mm。

所述杯体的材料为耐100℃高温的聚四氟乙烯。

测定步骤如下：

将不规则形状的泥岩样品放置到烘箱中烘干，烘干后去除表面灰尘，冷却 至室温，称重，重量为12.850g；

在杯壁涂抹少许硅脂，将岩样和热熔胶粉依次放入成型杯，使热熔胶粉覆 盖包裹岩样，而后将成型杯放入烘箱加热，直至热熔胶粉溶化，并无气泡溢出；

取出成型杯冷却至室温，此时岩样与热熔胶粘接为一体，通过弹片顶起底 垫片，使岩样被顶起以脱出；

以QK-98型气体孔隙度测定仪测定其实体体积为11.025cm³，称重为 18.383g，热熔胶重量18.383-12.850＝5.533g，其密度为0.9226，则其体积为 5.997cm³，岩样实体体积为11.025-5.997＝5.028cm³。