天然气扩散系数测试装置的研制.pdf

石油仪器
2014年第28卷第3期
PETROLEUM INSTRUMENIS
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开发设计
天然气护散系数测试装置的研制
银占华赵希春2刘振东2
(1.山东中石大胜华化工集团山东东营)(2.山东中石大石仪科技有限公司山东东营
摘要:文章介绍了天然气扩散系数的测试,详细阐述了该仪器的测试原理、方法及硬件设计、软件设计等。试验结果
表明,该仪器重复性好,操作简便、安全,能快速、准确地测量扩散系数,且结构简单、测量成本低
关键词:天然气:扩散系数;气室
中图法分类号:TE372
文献标识码:B
文章编号:1004-9134(2013)03-0019-03
散系数。由上式积分整理得
根据气体在浓度梯度下通过岩样自由扩散的原
理,在岩样两端的扩散室中,一端充人烃类气体,另
其中:B=S
端充入氮气,在恒温、恒压条件下,各组分气体的
浓度随时间而变化,通过测试在不同时间两扩散室中
式中:C、C"0为上面浓溶液和下面稀溶液的初
各组分气体的浓度,可求得烃类气体在岩样中的扩散
始浓度
C"为时刻上面浓溶液和下面稀溶液的
系数
浓度;、"为浓溶液和稀溶液的体积
天然气扩散系数测试装置主要应用于石油勘探开
有效扩散系数表示天然气分子通过岩石中的孔隙
发研究中,可对甲烷、乙烷等烃类气体在岩心中的扩介质和岩石骨架的扩散总和
散规律作相关的评价
2主要技术参数
1实验原理
岩心直径:25mm
溶质分子通过片中的小孔从溶液扩散到溶剂中,
适用岩心长度:0~100mm;
孔片的孔径很小,原理示意图如1所示。
岩心最高温度:室温~150℃;
最高环压:70MPa
最高流压:42MPa
压力测试精度:0.25%FS(工作压力>1MPa);
0.19oFS(工作压力<1MPa)。
溶液
仪器基本结构与组成
溶
由岩心夹持器、增压器、围压泵、真空泵、控制
蜜1測定原理示意图
柜、数据处理系统等组成。流程图如图2所示
1)岩心夹持器
若孔片的有效面积为A,浓度差为C,小孔平均
夹持器是用来夹持岩心并模拟地层上覆压力(试
长度为h,则曲费克定律可以得到扩散系数
验中的环压)的,本装置提供25mm×100mm夹持
D
AC
器。主要由夹持器体、端盖、密封端盖、调节堵头、
这种方法可以推广到测定气体通过岩石的扩散系调节螺套、护罩、护單挡盘、胶筒、垫块和接头等组
数。假定岩心长度为Z(而不是孔径长度),面积为S成。该夹持器设有快速拆卸装置,装卸岩心操作简单
(而不是有效面积),则求得的扩散系数D应是有效扩方便。围压最高工作压力为70MPa。
第一作者简介:银占华,男,1978年生,助理工程师,2002年毕业于石油大学(华东)应用物理系,现从事产品研发与推广工作。邮编、257061
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PETROLEUM INSTRUMENIS
2014年6月
差压
Mpa
减压阀
减压阀阅
增压器
取样口
取样口
增压器
甲烷
氮气
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放空
围压泵
放空
图2天然气扩散系数测试流程图
2)增压器
体的浓度
增压器用来向夹持器内提供5MPa~42MPa流
②根据费克第二定律计算岩样中烃类气体的扩散
压,增压器主要由小压帽、高压筒、増压柱塞、低压系数:
筒、堵头和大压帽组成,其增压比为1:14,高压筒
ln(△Co/△C1)
D
最高工作压力为70MPa。
E(1-10)
其中:△C=C1-C2
3)围压泵
E=A(1/1+1z2)/L
该围压泵最高输出压力为70MPa,泵体容积为
由式(1)变形得:
100mL。在使用过程中应注意增压和吸液过程中,导
ln(△Co/AC)=DE1ーDElo
向板不能太靠近两端极限位置。増压时应先关闭吸液
ln(△Co/△C)与呈线性关系,应用最小二乘法捏
阀,然后打开增压阀,吸液时应先关闭增压阀,再打合,得斜率S,根据S可求得岩样中烃类气体的扩散系
开吸液阀
4)抽真空系统
D=E/S
(2
本装置提供了一套真空系统,整体安装在一个可
式中:D为烃类气体在岩样中的扩散系数,cm2
以活动的小车上,该系统可以通过快速接头与本装置s;ムCo为初始时刻烃类气体在两扩散室中的浓度差,
的其他部件方便的连接
%;△C为时刻烃类气体在扩散室中的浓度差,%;4
抽真空流程主要有真空泵、缓冲容器、真空表、为时刻,s;0为初始时刻,s;C1为时刻烃类气体在
放空阀、放水阀组成。
烃扩散室中的浓度差,%;C2为时刻烃类气体在氮
真空泵的使用请参照真空泵说明书,真空泵的电扩散室中的浓度差,%;A为岩样截面积,cm2:;L为
源开关在真空泵上。
岩样长度,cm;,2分别为烃扩散室和氮扩散室的
缓冲容器是一个用有机玻璃制成的透明的容器,容积,cm2;E为中间变量,cm2:S为斜率,s-
其作用是:(1)防止液体(如水)被抽入真空泵体内
(2)数据采集
造成泵体腐蚀;(2)观察判断待抽真空部件内液体是
本系统主要由计算机、采集模块及数据采集处理
否已满?当液体充满时会有部分倒流入缓冲容器,此与控制软件组成。
时应打开放空阀释放真空压力
采集控制模块为泓格1-7017模块,此模块品质稳
真空度的大小可以从真空表上直观读出。当缓冲
定,16位高精度,可对本系统中的压力传感器、差
容器内的液体较多时可以通过放水阀将其放出,或者
压传感器和温度传感器进行采集,同时也可以对温控
取下缓冲容器上的橡皮塞将水倒出。
仪进行控制。模块所采集到的数据传输到计算机后,
5)数据计算及采集
通过信息处理控制软件分别进行识别、处理、存储,
(1)数据计算
①根据GB104102-89计算两扩散室中各组分气并监测试验过程,软件数据采集界面如3所示。