天然气扩散系数测试装置的研制.pdf

2 0 1 4年 第 2 8卷 第 3期 石油仪器 PETRoLEUM I NS TRUM ENl S 1 9 开发设计 天然气扩散系数测试装置的研制 银 占华 赵希春 刘振东 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 T E 3 7 2 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 - 9 1 3 4 2 0 1 3 0 3 - 0 0 1 9 0 3 0 引 言 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 一 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 各组分气体的浓度， 可求得烃类气体在岩样中的扩散 系数 。 天然气扩散系数测试装置主要应用于石油勘探开 发研究中，可对甲烷、乙烷等烃类气体在岩心中的扩 散规律作相关的评价 。 1 实验原理 溶质分子通过片中的小孔从溶液扩散到溶剂中， 孔片的孔径很小 ，原理示意图如 l 所示 ’ 周 I 测定 原理 示意 图 r。 若孔片的有效 面积为A，浓度差为C，小孔平均 长度为h ，则由费克定律可以得到扩散系数 D 这种方法可以推广到测定气体通过岩石的扩散系 数 。假定岩心长度为z 而不是孔径长度 ，面积为 而不是有效面积 ，则求得的扩散系数D应是有效扩 散系数 。由上式积分整理得 。 nCo - 孚 C “o ． 其 中 ； 吾 击 击 式中C o 、C ，0 为上面浓溶液和下面稀溶液的初 始浓度 ；C 、C 为时刻上面浓溶液和下面稀溶液 的 浓度 ； 、V ” 为浓溶液和稀溶液的体积 。 有效扩散系数表示天然气分子通过岩石中的孔 隙 介质和岩石骨架的扩散总和。 2 主要技术参数 岩心直径 q , 2 5 mm； 适用岩心长度 0～ 1 0 0 1 T i m； 岩心最高温度 室温～ 1 5 0℃； 最高环压 7 0 MP a ； 最高流压 4 2 MP a ； 压 力测试 精 度0 ． 2 5 ％F S 工作 压 力 1 MP a ； 0 ． 1 o o F S 工作压力 1 MP a 。 3 仪器基本结构与组成 由岩心夹持器 、增压器 、围压泵、真空泵、控制 柜、数据处理系统等组成。流程图如图 2 所示 。 1 岩心夹持器 夹持器是用来夹持岩心并模拟地层上覆压力 试 验中的环压的 ，本装置提供 2 5 mm1 0 0 ml T l 夹持 器 。主要由夹持器体、端盖 、密封端盖 、调节堵头 、 调节螺套 、护罩、护罩挡盘、胶筒 、垫块和接头等组 成。该夹持器设有快速拆卸装置，装卸岩心操作简单 方便 。围压最高工作压力为 7 0 MP a 。 第一作者 简介 银 占华，男，1 9 7 8年生，助理工程师 ，2 0 0 2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2 5 7 0 6 1