专利名称：孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置及方法
技术领域：
本发明属于流体物理性质测量技术领域，主要涉及到对孔隙介质内组分扩散性能的测试，尤其是一种孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置及实验方法。
背景技术：
流体间组分的扩散性能测试实验是流体力学、渗流力学和气体动力学等主要学科中重要的研究参数。而孔隙介质内油气组分扩散性能是油藏方案设计的重要基础，也是油气田开发实验重要的研究参数。目前，孔隙介质内组分扩散性能的测试过程复杂，操作精度受多因素限制，该性能测试在油气田开发实验研究中进展缓慢。目前研究孔隙介质内组分的扩散性能的方法通常是在两种流体接触后，进入孔隙介质内，再取样分析各点位置流体的组分变化，达到监测扩 散性质的目的。这种方法能有效监测到组分扩散过程，但存在以下弊端I、通常的实验流程要求多种流体进入孔隙介质后监测其扩散过程，显然该过程是动态扩散的过程，受驱动力的影响很大。无法测量静态扩散性质。2、测试过程无法控制两种流体接触时机，因而测试过程都有一定程度的滞后，无法测试到组分扩散初期的作用过程。3、通常实验流程决定了流体在进入孔隙之前即已进行接触，并未反映孔隙介质的影响。4、测试过程是连续的，不能中止或引入其它反应流体，限制了研究思路的深入。有鉴于上述公知技术存在的缺陷，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出本发明的测试孔隙介质内油气组分扩散性能的实验装置及实验方法，以克服上述公知技术存在的缺陷。

发明内容
本发明的目的是提供一种孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置及实验方法，通过阀门控制技术使流体在孔隙介质中定时、定状态接触，实现静态扩散性能的测量。为此，本发明提出一种孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置，其包括一连通阀，被夹持在岩心夹持器内的测试岩心设置在所述连通阀的两侧，所述连通阀的连通面积大于等于测试岩心面积的1/2 ;流体能通过所述夹持器分别注入到位于所述连通阀两侧的测试岩心内，通过所述连通阀控制位于其两侧的测试岩心的连通或分隔。本发明还提出一种孔隙介质内油气组分扩散性能实验方法，包括A利用如上所述的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置，在所述连通阀呈关闭状态下，分别对设置在连通阀两侧的测试岩心抽真空；B、测试岩心内饱和流体过程，向设置在所述连通阀一侧的测试岩心内充入第一种流体，向所述连通阀另一侧的测试岩心内充入第二种液体，并使进入连通阀两侧的测试岩心的流体的温度、压力相同；
C、开启所述连通阀，使所述连通阀两侧的流体在相同的压力状态下平稳接触；D、定时抽取两侧测试岩心内的流体样品，利用组分分析计算扩散性能。与公知技术相比，本发明的特点及优点是I.公知的实验流程要求多种流体进入孔隙介质(测试岩心)后才能监测其扩散过程，因而测试过程都有一定程度的滞后，无法测试到组分扩散初期的作用过程；且不同流体达到相同温度压力的初始条件很难控制，而本发明由于在两个测试岩心之间设置了连通阀，因此能够严格控制组分扩散起始时刻，测量准确度提高。2.公知实验研究的是动态扩散的过程，受驱动力的影响很大，无法测量静态扩散性质。且公知的实验流程决定了流体在进入测试岩心的孔隙之前即已进行接触，不能真正反映孔隙介质的影响；而本发明的装置及方法提供了流体稳定的条件，可实现孔隙介质条件下的静态扩散性质测量。
3.公知的实验测试过程是连续的，不能中止或引入其它反应流体，限制了研究思路的深入。而本发明采用可控连通阀时，在阀门的控制下，能按照设计中止反应以及进行其它流体介入的测试研究。


以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，图I是本发明的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置及方法的原理图；图2是本发明的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置一个实施例的结构示意图，即采用可控连通阀的结构；图3是本发明孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置的可控连通阀的分解示意图；图4是本发明的可控连通阀的密封胶片主视示意图；图5是本发明的可控连通阀的阀片主视示意图；图6是本发明的可控连通阀的阀片与外齿轮组合状态侧视示意图；图7是本发明的可控连通阀的阀片左视示意图；图8是本发明的可控连通阀的内齿圈主视示意图；图9是本发明的可控连通阀的内齿圈侧视示意图；图10是本发明的可控连通阀相对设置的两阀罩之间的连接端面主视示意图，即图3中箭头A向的不意图；图11是本发明的可控连通阀的压片主视示意图；图12是本发明的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置另一个实施例的结构示意图，即采用一次连通阀的结构；图13是本发明孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置的一次连通阀的分解示意图；图14是本发明的一次连通阀的控制阀体结构示意图；图15是采用本发明和常规的实验方法分别对一种岩心进行的组分扩散测试结果比较图；图16是采用本发明和常规的实验方法分别对另一种岩心进行的组分扩散测试结果比较图。附图标号说明I、连通阀10、可控连通阀11、21、开闭阀门111、密封胶片1111、第一镂空区1112、第一密封区1113、密封凸点112、阀片1121、第二镂空区1122、第二密封区1123、通孔12、22、控制机构121、外齿轮122、内齿圈1221、弧形长槽孔123、阀杆13、23、岩心柱13’岩心柱短节14、阀罩15、芯轴16、压片17、密封环套20、一次连通阀21、弹性膜
221、活塞缸222、导向部2221、导向通道2222、导向喇叭口223、活塞224、连杆225、注液管231、容置体2310、容置部232、阀盖24、孔板3、测试岩心4、5、岩心夹持器51、动力口6、密封圈
具体实施例方式本发明提出的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置，包括一连通阀，被夹持在岩心夹持器内的测试岩心设置在所述连通阀的两侧，所述连通阀的连通面积大于等于测试岩心横截面积的1/2 ;流体能通过所述夹持器分别注入到位于所述连通阀两侧的测试岩心内，通过所述连通阀控制位于其两侧的测试岩心的连通或分隔。进一步地，所述连通阀包括设置在两所述测试岩心之间、能控制两所述测试岩心连通或分隔的开闭阀门，与所述开闭阀门相连接的控制机构，以及连接所述连通阀和测试岩心的岩心柱，所述岩心柱由具有孔隙介质的岩石或金属制成，其两端分别顶抵于所述测
试岩心。本发明还提出一种孔隙介质内油气组分扩散性能实验方法，包括A利用如上所述的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置，在所述连通阀呈关闭状态下，分别对设置在连通阀两侧的测试岩心抽真空；B、测试岩心内饱和流体过程，向设置在所述连通阀一侧的测试岩心内充入第一种流体，向所述连通阀另一侧的测试岩心内充入第二种液体，并使进入连通阀两侧的测试岩心的流体的温度、压力相同；C、开启所述连通阀，使所述连通阀两侧的流体在相同的压力状态下平稳接触；D、定时抽取两侧测试岩心内的流体样品，利用组分分析计算扩散性能。本发明通过在测试岩心之间设置连通阀，能够严格控制流体组分扩散的起始时亥IJ，大幅度提高了测量的准确性，克服了目前公知的实验流程是多种流体进入测试岩心后才能监测其扩散过程，因而现有的测试方法都存在一定程度的滞后，无法测试到组分扩散初期的作用过程；且本发明的装置及方法，通过控制连通阀的打开速度，为对孔隙介质内流体的静态扩散性质测量提供了条件。为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置及实验方法的具体实施方式
、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。图I是本发明的原理图，如图I所示，本发明在两测试岩心3之间设置一连通阀1，并最大程度地降低连通阀的无效容积，增加其连通面，以保证流体通过连通阀时的扩散轨迹保持稳定。图中箭头方向为示意性地表示一种流体的扩散方向。采用本发明的装置及方法，可以实现对静态扩散和动态扩散两种扩散方式的测试，其中，静态扩散向连通阀两侧的测试岩心柱3内注入流体，并使连通阀两侧的流体具有相同的压力，然后停止流体的注入，打开阀门，监测连通阀两侧流体在静态状态下的组分含量变化；动态扩散向连通阀两侧的测试岩心柱3内注入流体，并使连通阀两侧的流体具有相同的压力，然后打开阀门，仅向一侧的测试岩心柱内继续充入流体，如图I所示，在流动过程中，两侧流体相互扩散，此时监测出口方向流体的组分含量。本发明提出的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置如图2、图12所示，其包括一连通阀1，被夹持在岩心夹持器4、5内的测试岩心3设置在连通阀I的两侧，连通阀I的连通面积大于等于测试岩心3横截面积的1/2。流体能通过所述夹持器4、5分别注入到位 于连通阀I两侧的测试岩心3内，通过连通阀I控制位于其两侧的测试岩心3的连通或分隔。由于本发明的实验装置，设置在两测试岩心3之间的连通阀I的连通面积较大，因此流体通过阀门后，其扩散轨迹能保持稳定，在通过阀门实现对孔隙介质内流体进行静态扩散性质测量的情况下，能够有效地减小阀门自身结构对流体组分扩散作用的影响。进一步地，连通阀I包括设置在两测试岩心3之间、能控制两测试岩心3连通或分隔的开闭阀门11、21，与开闭阀门11、21相连接的控制机构12、22，以及连接连通阀和测试岩心3的岩心柱13、23，该岩心柱13、23由具有孔隙介质的岩石或金属制成,其渗透率在I达西左右，岩心柱13、23的两端分别顶抵于测试岩心3。请配合参见图2至图10，在一个可行的技术方案中，上述连通阀I为可控连通阀10，其包括两阀罩14，两阀罩14分别套设在两岩心柱13上，控制机构12能转动地设置在两所述阀罩14之间，通过螺栓将两阀罩14的一端与控制机构12相连接，两阀罩14的另一端能分别与岩心夹持器4相连接，构成本发明的实验装置。其中，所述岩心夹持器4可以采用公知的结构，其与阀罩14的连接端设有防止流体泄漏的密封圈6。岩心夹持器4与测试岩心3的连接结构与公知技术相同，在此不再赘述。 进一步地，如图2、图3、图6所示，可控连通阀10的开闭阀门11包括密封胶片111、阀片112。其中，阀片112设置在控制机构12与其中一个阀罩14之间，并与控制机构12固定连接。密封胶片111与阀片112相对设置,位于一个岩心柱13的端部。其中，如图4、图5所示，密封胶片111上设有第一镂空区1111和第一密封区1112，阀片112上设有第二镂空区1121和第二密封区1122，且密封胶片111与阀片112上分别设置的镂空区1111、1121和密封区1112、1122相互对应，阀片112的外缘同样与密封胶片111相对应，通过控制机构12实现可控连通阀10的连通或关闭。具体的是，密封胶片111上设有多个扇形的第一镂空区1111和第一密封区1112，且第一镂空区1111和第一密封区1112间隔设置；阀片112上设有与密封胶片111上设置的第一镂空区1111和第一密封区1112数量相等、形状相同的第二镂空区1121和第二密封区 1122。第一密封区1112上设有多个球冠状密封凸点1113，第二镂空区1121形成为多个通孔1123，通孔1123的排布位置与第一密封区1112上设置的密封凸点1113排布位置相同，且密封凸点1113能与所述通孔1123形成密封配合；第二密封区1122为平面。当密封凸点1113嵌入通孔1123内时，第二密封区1122与第一镂空区1111相对应，此时，可控连通阀关闭。在一个具体实施例中，密封胶片111由加氟橡胶制成，阀片112由金属制成，例如该阀片112可以由不锈钢制成，表面精磨。此外，可控连通阀10还具有一芯轴15，该芯轴15设置在两岩心柱13之间，并与其中至少一岩心柱13固定连接，当然，芯轴15的两端也可以分别嵌置固定于两岩心柱13内。密封胶片111、阀片112、控制机构12分别设在芯轴15上，且控制机构12能带动阀片112以芯轴15为轴心转动。在一个具体实施例中，请配合参见图3、图11，控制机构12与另一阀罩14之间设有一压片16，密封胶片111、阀片112、压片16均套设在芯轴15上。
所述压片16具有中心孔161，通过该中心孔161将压片16套置于芯轴15上，且压片16上具有两个半圆形透孔区162，当密封胶片111和阀片112的第一镂空区1111、第二镂空区1121相对应连通时，位于所述压片16的透孔区162内，并使该透孔区162的面积应尽可能的大，从而可以保证可控连通阀具有最大的连通面积。进一步地，岩心柱13与阀罩14之间设有密封环套17，当通过螺栓将两阀罩14紧固连接时，开闭阀门11、控制机构12与阀罩14、岩心柱13之间构成密封连接。在一个具体实施例中，所述阀罩14靠近控制机构12的一端的内径大于远离控制机构一端的内径，所述密封环套17的外径与阀罩14的内径相配合。图3中表示了一个可行的具体不例，其中，阀罩14内孔形成为一端与岩心柱13的外径相配合,另一端的直径大于岩心柱13的外径，且大直径与小直径的连接处形成锥形的过度连接部，所述密封环套17形成为与阀罩14内孔形状相配合的外径，即一端形成为缩径的锥度密封环套。此外，控制机构12包括由外齿轮121和内齿圈122构成的齿轮组、以及阀杆123，在控制机构12内还设有岩心柱短节13’，该岩心柱短节13’套设在芯轴15上。内齿圈122的外部设有所述阀杆123，外齿轮121能相对芯轴15转动地套设于岩心柱短节13’上。阀片112与所述外齿轮121的端部同轴固定连接，通过在外齿轮121内设置岩心柱短节13’，有利于流体保持原有扩散规律。当然，也可以不设置岩心柱13和岩心柱短节13’，而是在将可控连通阀10与岩心夹持器4连接时，将两侧的两测试岩心3分别置入两阀罩4内，将开闭阀门11设置在两测试岩心3之间，并在控制机构内(外齿轮121内)设置一测试岩心短节。在一个具体实施例中，外齿轮121形成为相对于轴线呈45°倾角的伞齿轮，内齿圈122上形成与外齿轮121相配合的内齿。另外，内齿圈122的外周缘设有多个弧形长槽孔1221，螺栓贯穿两阀罩14的相对应端和内齿圈的弧形长槽孔1221，将三者固定连接。转动阀杆123，能使内齿圈122在弧形长槽孔1221的范围内转动，同时带动外齿轮121转动，当阀片112上的第二镂空区1121与密封胶片111上的第一镂空区1111相对应时，可控连通阀10开启；当第二镂空区1121与第一密封区1112相对应时，第二密封区1122同时与第一镂空区1111相对应，则可控连通阀10关闭。
在一个具体实施例中，如图4、图5所示，密封胶片111和阀片112上均设有四个第一密封区1112或第二密封区1122，以及四个第一镂空区1111或第二镂空区1121。在内齿圈122的圆周上均布有6个小于60度大于45度的所述弧形长槽孔1221，内齿圈122能在45°范围内转动，其转动范围，可以通过例如在内齿圈122和阀罩14上设置的角度标识进行确认，以控制阀片112和密封胶片111的相对转动范围，实现可控连通阀准确的开闭。采用可控连通阀10的本发明实验装置，能实现阀门多次连通和关闭功能，操作简单。
请配合参见图12、图13、图14，在另一个可行的技术方案中，连通阀I为一次连通阀20，其设置在岩心夹持器5内，至少包括弹性膜21、容置体231、设置在容置体内的控制机构22。其中，容置体231内具有容置部2310，所述容置部2310至少一端为开口端，控制机构22设置在该容置部2310内，弹性膜21设置在容置体231的一个开口端，能完全覆盖容置体231的端面，且容置体231的截面与测试岩心3的截面相对应，容置体231的另一端顶抵于另一测试岩心3。控制机构22与弹性膜21固定连接，并能将弹性膜21收入控制机构22内。一次连通阀20进一步包括在容置体231的开口端设有阀盖232，弹性膜21设置在阀盖232与容置体231之间，通过螺栓将阀盖232、弹性膜21与容置体231固定连接，阀盖232、容置体231构成岩心柱23。在一个具体实施例中，如图13所示，在弹性膜21和阀盖232之间设有一孔板24，该孔板24，通过螺栓将阀盖232、孔板24弹性膜21与容置体231固定连接为一体。其中，该孔板24为一环形薄片，并具有尽量大的内径，通过设置该孔板24，在弹性膜21被拉动时，可以避免弹性膜21与岩心柱23 (阀盖232、容置体231)之间因摩擦而破裂，使弹性膜21易于被完整地拉出，使一次连通阀20具有最大的连通面积。此外，弹性膜21可以是由硅橡胶制作的薄膜，具有耐温(常规_60°C至+250°C )、耐氧化、强化学稳定性和机械强度较差的特点。温度范围符合油气组分扩散性能实验要求，强化学稳定性保证弹性膜21在油气存在条件下不变形，在阀门关闭状态下，弹性膜21能有效地阻断两侧流体接触。机械强度较差有利于弹性膜21的机械破坏，即能便于阀门的开
启O所述一次连接阀的控制机构22包括活塞缸221，该活塞缸221靠近弹性膜21的一端形成内置有导向通道2221的导向部222，与活塞223相连接的连杆224容置在导向通道2221内，连杆224的端部与弹性膜21固定连接，如图12、图13所示，在本实施例中，是连杆224的端部与弹性膜21的中部固定连接。进一步地，活塞缸221靠近导向部222的一端设有能与外部供液装置相连接的注液管225，注液管225能与岩心夹持器5上的动力口 51相连通。一个具体的实施例中，如图14所示，导向部222朝向弹性膜21的一端形成导向喇叭口 2222。此外，上述容置体231内可以形成一端封闭，一端为开口端的内凹式容置部2310。为了便于加工，所述容置体231还可以为一个贯通的中空体，则该中空体构成所述容置部2310，控制机构22设置在其内，容置体的两端均设有一阀盖232，所述弹性膜21设置在一侧的开口端，并覆盖容置体231的整个端面。通过螺栓将阀盖232、弹性膜21、容置体231连接为一个整体，构成本发明的一次连通阀。采用一次连通阀20的本发明的实验装置，具有连通面积大和无效容积小的优点。请配合参见图I、图2和图12，本发明提出的孔隙介质内油气组分扩散性能实验方法，包括A、利用上述的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置，在连通阀I (可控连通阀10、一次连通阀20)呈关闭状态下，分别对设置在连通阀I两侧的测试岩心3抽真空；B、测试岩心内饱和流体过程，向设置在连通阀I 一侧的测试岩心3内充入第一种流体，向位于连通阀I另一侧的测试岩心3内充入第二种液体，并精确调整两侧流体的压力，使进入连通阀I两侧的测试岩心的流体的温度、压力相同；C、开启连通阀1，使连通阀I两侧的流体在相同的压力状态下平稳接触；例如，可以在平衡IOmin后，两侧流体呈稳定状态下，开启连通阀I ; D、定时抽取两侧测试岩心内的流体样品，利用组分分析计算扩散性能。该流体样品的抽取方法及分析计算采用公知的技术，在此不再赘述。其中，在步骤C，应缓慢开启连通阀1，使连通阀I两侧的流体缓慢地静态接触，努力降低因开启连通阀I的速度而造成组分扰动。当两测试岩心3之间设置的是可控连通阀10时，在完成步骤B的测试岩心内饱和流体过程，测试岩心3内的流体稳定后，缓慢地转动阀杆123，使内齿圈122沿弧形长槽孔1221转动45°，同时带动外齿轮121 —起转动45°，使阀片112上的第二镂空区1121与密封胶片111上的第一镂空区1111相对应，使设置在可控连通阀10两侧的测试岩心3内的流体能够相互接触。由于可控连通阀10可以实现阀门的多次连通和关闭功能，因此，当需要对多种流体进行组扩散性能实验时，可以采用该可控连通阀10。当完成所述第一种流体和第二种流体的扩散性能实验后，转动阀杆123，通过内齿圈122带动外齿轮121反向转动45°，使阀片112上的第二镂空区1121与密封胶片111上第一密封区1112设置的密封凸点1113相配合，且阀片112上的第二密封区1122与密封胶片111上的第一镂空区1111相配合，关闭可控连通阀10。将可控连通阀10 —侧测试岩心3内的流体抽空，对该侧重复步骤B的测试岩心内饱和流体过程，向测试岩心3内充入第三种流体，待两侧测试岩心内的流体压力稳定后，重覆上述步骤C、D。为了保证可控连通阀10良好的密封性能和稳定的工作可靠性，通常这种阀适用于较低压力条件下的测试，如测试压力小于等于5MPa。如果仅需对两种流体进行实验，可以采用在两测试岩心3之间设置一次连通阀20，则在完成步骤B的测试岩心内饱和流体过程，测试岩心3内的流体稳定后，通过动力口51、注液管225向活塞缸221内注入流体，推动活塞223向远离弹性膜21的方向移动，在连杆224的带动下将弹性膜21沿导向喇叭口 2222拉入导向部222内，则一次连通阀20被缓慢打开，使一次连通阀20两侧的测试岩心3内的流体相互平衡地接触。在由注液管225向活塞缸221内注入的流体压力较小时，弹性膜21可以被整体收入导向部222内。当注入的压力较高时，弹性膜21可能被破坏，但破坏后，弹性膜21将收缩成较小的面积，能够保证两侧流体的流动，同样也能够达到阀门开启的效果，因而，该一次连通阀20的操作可靠，且连通面积较大。通常这种一次连通阀20适用的压力条件更为广泛，在连通阀两侧流体压力稳定、相同的条件下，测试压力可达到40MPa。
该一次连通阀20的岩心夹持器5同样可以采用在常规的岩心夹持器，所述活塞缸221上设置的注液管225可以与常规岩心夹持器的其中一个测压点相连，形成一次连通阀20的动力口 51。在采用本发明的实验装置进行孔隙介质内油气组分扩散性能实验时，不论设置在两测试岩心3之间的是可控连通阀10，还是一次连通阀20，均应缓慢地开启阀门，使岩心柱两侧的流体缓慢接触，即两侧的流体的流速要尽可能慢，阀门开启过程操作应平稳，使两侧流体接触尽可能成静态接触，努力降低因开启阀门速度而造成组分的扰动。本发明的装置及方法实现了流体在孔隙介质中的定时、定状态接触，实现静态扩散性能的测量，并能按照设计中止反应以及进行其它流体介入的测试研究。下面通过两具体的实例进一步说明本发明的原理(I)实例 I
与常规扩散性能实验方法进行同一实验对比，实验内容测试60°C、5MPa条件下，煤油与CO2的组分扩散速度；在连通阀I的两侧充填石英砂，形成具有孔隙结构的填砂物理模型，即测试岩心3，该物理模型(测试岩心3)的总长度为lm、直径50mm。实验操作过程如前述，在岩心O. 16m、0. 32m、0. 48m、0. 64m和0. 8m处取样分析CO2含量和油样组分含量，图15列出了两种方法测量的CO2含量分析结果，图标3-1、9-1和30-1分别代表利用一次连通阀20测试方法在第3、9和30小时的取样分析结果；图标3-2、9-2和30_2分别代表利用常规方法在第3、9和30小时的取样分析结果。结果显示常规方法的测量值均高于采用本发明的装置及方法所测值，两者差值随时间延长而逐渐缩短，说明常规方法在测试CO2扩散性能时，CO2与油样初始压力存在微小压差，造成两者接触时有驱动力存在，未实现静态扩散状态。而利用一次连通阀20测试方法则很好的实现了两相的压力平衡，测量数值更精确。⑵实例2与常规扩散性能实验方法进行同一实验对比，实验内容测试60°C、5MPa条件下，煤油与CO2的组分扩散速度；在连通阀I的两侧充填砂岩，形成具有孔隙结构的砂岩模型，即测试岩心3,该物理模型(测试岩心3)的总长度为5cm、直径为25mm。I个测量点,位于岩心中部。实验操作过程简述如下①常规方法在抽真空后的岩心夹持器两侧分别连接等温等压的油样和气样；同时开启岩心夹持器两侧入口阀门，则油气同时恒压进入岩心内，关闭两侧阀门，稳定IOmin;定时取气样分析CO2含量。②采用可控连通阀10测试方法，对可控连通阀10两侧的测试岩心3抽真空，注入等温等压的油样和气样；稳定IOmin后缓慢开启可控阀10 ;定时取气样分析CO2含量。图16列出了上述两种方法测量的CO2含量分析结果，结果显示常规方法的测量值初期有较大波动，显示了油气接触初期有较大扰动，测试值偏高，扩散作用受到扰动影响导致组分含量增加，经30min后接触状态稳定。而利用可控连通阀10测试方法则很好的消除了这种扰动，测试曲线平滑、数值低于常规方法。采用本发明装置及方法，能够实现孔隙介质条件下的静态扩散性质测量；并能够严格控制组分扩散起始时刻，测量准确度提高；当采用可控连通阀10时，可以在扩散过程中中止反应，并可以引入其它流体。
本发明在孔隙介质内组分扩散性质测试中采用阀门控制技术，实现了对连通阀I两侧的测试岩心3的连通及分隔的控制。本发明的实验装置，其内设置的连通阀I具有以下特点一是该连通阀I (可控连通阀10、一次连通阀20)连通面积大；二是该连通阀I的无效容积小(无效容积阀门内不具有孔隙介质特点的容纳流体空间)。本发明的连通阀I开启后如图I所示，由于连通面积大、通道短，流体组分通过连通阀后，其扩散轨迹能保持稳定。连通阀I在实现控制功能的前提下，使扩散作用受到阀门自身结构的影响达到最小，两侧测试岩心3呈现整体特性。本发明的装置及方法能够使流体组分在通过连通阀I时的扰动达到最低。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应 用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
权利要求
1.一种孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置，其特征在于，所述实验装置包括一连通阀，被夹持在岩心夹持器内的测试岩心设置在所述连通阀的两侧，所述连通阀的连通面积大于等于测试岩心横截面积的1/2 ;流体能通过所述夹持器分别注入到位于所述连通阀两侧的测试岩心内，通过所述连通阀控制位于其两侧的测试岩心的连通或分隔。
2.如权利要求I所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述连通阀包括设置在两所述测试岩心之间、能控制两所述测试岩心连通或分隔的开闭阀门，与所述开闭阀门相连接的控制机构，以及连接所述连通阀和测试岩心的岩心柱，所述岩心柱由具有孔隙介质的岩石或金属制成，其两端分别顶抵于所述测试岩心。
3.如权利要求2所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述连通阀为可控连通阀，包括两阀罩，分别套设在两所述岩心柱上，所述控制机构能转动地设置在两所述阀罩之间，通过螺栓将两所述阀罩的一端与所述控制机构相连接，两所述阀罩的另一端能分别与所述岩心夹持器相连接。
4.如权利要求3所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述开闭阀门具有密封胶片、阀片，所述阀片设置在所述控制机构与其中一个阀罩之间，并与所述控制机构固定连接，所述密封胶片与所述阀片相对设置，位于一个所述岩心柱的端部。
5.如权利要求4所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述可控连通阀还具有一芯轴，所述芯轴设置在两所述岩心柱之间，并与其中至少一岩心柱固定连接，所述密封胶片、阀片分别设在所述芯轴上，所述控制机构能绕所述芯轴转动。
6.如权利要求5所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述控制机构与另一阀罩之间设有一压片，所述压片套设在所述芯轴上。
7.如权利要求3至6任一项所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述岩心柱与阀罩之间设有密封环套，当通过螺栓将两所述阀罩紧固连接时，所述开闭阀门、控制机构与阀罩、岩心柱之间构成密封连接。
8.如权利要求4至6任一项所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述密封胶片上设有第一镂空区和第一密封区，所述阀片上设有第二镂空区和第二密封区，且所述密封胶片与阀片上分别设置的镂空区和密封区相互对应，通过所述控制机构实现所述可控连通阀的连通或关闭。
9.如权利要求4至6任一项所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述密封胶片上设有多个扇形的第一镂空区和第一密封区，且所述第一镂空区和第一密封区间隔设置；所述阀片上设有与所述密封胶片上设置的第一镂空区和第一密封区数量相等、形状相同的第二镂空区和第二密封区。
10.如权利要求9所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述第一密封区上设有多个球冠状密封凸点，所述第二镂空区形成为多个通孔，所述通孔的排布位置与所述第一密封区上设置的密封凸点排布位置相同，且所述密封凸点能与所述通孔形成密封配合；所述第二密封区为平面。
11.如权利要求4所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述密封胶片由加氟橡胶制成，所述阀片由金属制成。
12.如权利要求3所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述可控连通阀还具有一芯轴，所述芯轴设置在两所述岩心柱之间，并与其中至少一岩心柱固定连接；所述控制机构包括由外齿轮和内齿圈构成的齿轮组、以及阀杆；且一岩心柱短节位于所述控制机构内，并套设在所述芯轴上；所述内齿圈的外部设有所述阀杆，所述外齿轮能相对所述芯轴转动地套设于所述岩心柱短节上；所述阀片与所述外齿轮的端部固定连接。
13.如权利要求12所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述外齿轮形成为相对于轴线呈45°倾角的伞齿轮，内齿圈上形成与所述外齿轮相配合的内齿。
14.如权利要求12所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述内齿圈的外周缘设有多个弧形长槽孔，所述螺栓贯穿两所述阀罩和所述内齿圈的弧形长槽孔，将三者固定连接；且所述内齿圈在阀杆的带动下能在弧形长槽孔的范围内转动，同时带动外齿轮转动，当阀片上的第二镂空区与所述密封胶片上的第一镂空区相对应时，所述可控连通阀开启；当所述第二镂空区与所述第一密封区相对应时，所述可控连通阀关闭。
15.如权利要求14所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述密封胶片和阀片上均设有四个第一密封区或第二密封区，以及四个第一镂空区或第二镂空区；在所述内齿圈的圆周上均布有6个小于60度大于45度的所述弧形长槽孔，所述内齿圈能在45°范围内转动。
16.如权利要求I或2所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述连通阀为一次连通阀，其设置在所述岩心夹持器内，至少包括弹性膜、容置体、设置在所述容置体内的所述控制机构，所述容置体内具有容置部，所述容置部至少一端为开口端，所述控制机构设置在该容置部内，所述弹性膜设置在所述容置体的一个开口端，能覆盖所述容置体的端面，且所述容置体的截面与所述测试岩心截面相对应，所述容置体的另一端顶抵于另一所述测试岩心；所述控制机构与所述弹性膜固定连接，并能将所述弹性膜收入所述控制机构内。
17.如权利要求16所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述一次连通阀进一步包括所述容置体的开口端设有阀盖，所述弹性膜设置在阀盖与容置体之间，通过螺栓将所述阀盖、弹性膜与所述容置体固定连接，所述阀盖、容置体构成所述岩心柱。
18.如权利要求16所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述控制机构包括活塞缸，所述活塞缸靠近所述弹性膜的一端形成内置有导向通道的导向部，与所述活塞相连接的连杆容置在所述导向通道内，其端部与所述弹性膜固定连接。
19.如权利要求18所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述活塞缸靠近所述导向部的一端设有能与外部供液装置相连接的注液管，所述注液管与所述岩心夹持器上的动力口相连通。
20.如权利要求18所述的孔隙介质内油气扩散性能实验装置，其特征在于，所述导向部朝向所述弹性膜的一端形成导向喇叭口。
21.一种孔隙介质内油气组分扩散性能实验方法，包括 A利用如权利要求I至20任一项所述的孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置，在所述连通阀呈关闭状态下，分别对设置在连通阀两侧的测试岩心抽真空； B、测试岩心内饱和流体过程，向设置在所述连通阀一侧的测试岩心内充入第一种流体，向所述连通阀另一侧的测试岩心内充入第二种液体，并使进入连通阀两侧的测试岩心的流体的温度、压力相同； C、开启所述连通阀，使所述连通阀两侧的流体在相同的压力状态下平稳接触；D、定时抽取两侧测试岩心内的流体样品，利用组分分析计算扩散性能。
22.如权利要求21所述的孔隙介质内油气组分扩散性能实验方法，其特征在于，所述步骤C中，所述连通阀两侧的流体成静态接触。
23.如权利要求21所述的孔隙介质内油气组分扩散性能实验方法，其特征在于，当两所述测试岩心之间设置的是可控连通阀时，在完成所述步骤B的测试岩心内饱和流体过程，所述测试岩心内的流体稳定后，转动阀杆，通过内齿圈带动外齿轮转动45°，使阀片上的第二镂空区与密封胶片上的第一镂空区相对应，使设置在所述可控连通阀两侧的测试岩心内的流体相互接触。
24.如权利要求23所述的孔隙介质内油气组分扩散性能实验方法，其特征在于，完成所述第一种流体和第二种流体的扩散性能实验后，转动所述阀杆，通过内齿圈带动外齿轮反向转动45°，使阀片上的第二镂空区与密封胶片上第一密封区设置的密封凸点相配合，关闭所述可控连通阀，将所述可控连通阀一侧测试岩心内的流体抽空，对该侧重复所述步骤B的测试岩心内饱和流体过程，向所述测试岩心内充入第三种流体，待两侧测试岩心内的流体压力稳定后，重覆所述步骤C、D0
25.如权利要求21所述的孔隙介质内油气组分扩散性能实验方法，其特征在于，当两所述测试岩心之间设置的是一次连通阀时，在完成所述步骤B的测试岩心内饱和流体过程，所述测试岩心内的流体稳定后，通过动力口、注液管向活塞缸内注入流体，推动所述活塞向远离弹性膜的方向移动，在连杆的带动下将弹性膜沿导向喇叭口拉入导向部内，使所述一次连通阀两侧的测试岩心内的流体相互接触。
全文摘要
本发明提出一种孔隙介质内油气组分扩散性能实验装置及实验方法，其中，所述实验装置包括一连通阀，被夹持在岩心夹持器内的测试岩心设置在所述连通阀的两侧，所述连通阀的连通面积大于等于测试岩心横截面积的1/2；流体能通过所述夹持器分别注入到位于所述连通阀两侧的测试岩心内，通过所述连通阀控制位于其两侧的测试岩心的连通或分隔。本发明由于在两个测试岩心之间设置了连通阀，因此能够严格控制组分扩散起始时刻，测量准确度提高；可实现孔隙介质条件下的静态扩散性质测量；且在阀门的控制下，能按照设计中止反应以及进行其它流体介入的测试研究。
文档编号G01N13/00GK102879303SQ201210345070
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者秦积舜, 陈兴隆, 李实 , 张可, 俞宏伟 申请人:中国石油天然气股份有限公司