一、概    述

孔隙度是巖石的重要性質(zhì)之一，它定義為孔隙體積與巖石幾何體積的比值，通常用百分數(shù)表示。這種油田水烴類物質(zhì)占據(jù)的孔隙空間的大小，無論對合理評價油藏，還是對油藏進行工程施工都是必不可少的參數(shù)。

我們根據(jù)美國巖心公司的孔隙度儀并參考了大量的資料設(shè)計的氣體孔隙度儀，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測定速度快、性能穩(wěn)定等特點，是巖心分析實驗室必不可少的裝置。

二、工作原理

氣體孔隙度儀是測量體積的一種儀器，用它可以測定巖樣的骨架體積和孔隙度體積，利用氣體膨脹原理，即玻義爾（BoyLE）定律，已知體積的氣體在確定的壓力下向未知體積等溫膨脹，膨脹后可測定最 終的平衡壓力。平衡壓力的大小取決于未知體積的大小，而未知體積的大小由玻義爾定律求得。

該儀器可用兩種氣體作為驅(qū)替介質(zhì)，氮氣和氦氣。對于一般的砂巖可用氮氣，對于較為致密的灰?guī)r和孔隙較小的巖樣可用氦氣測定。用氦氣的理由是：①．微小的氦氣（分子分子半徑r=0.9A）作為介質(zhì)能夠進入與油藏巖石伴生的毛細管；②．分子量低的氦氣（M=4）對巖石具有較高的滲透能力；③．巖石表面對氦氣吸咐性較差。

根據(jù)玻義爾定律如圖所示：氣體的已知體積Vk與所測壓力Pk下等溫膨脹到未知室體積V中，膨脹后測量最 終平衡壓力P這個平衡壓力取決于未知體積量，未知體積可以用玻義爾定律求得：

對于低壓真實氣體，在彈性體積中作等溫膨脹，考慮到器壁的壓變性，忽略一些次要因素，計算由下式表示：

式中：V 未知室空間體積，cm³；

          VK 已知室空間體積，cm³；

          PK 已知室的（原始）壓力，MPa；

          P 平衡壓力，MPa；

          Po 當(dāng)天大氣壓力，MPa；

          G  體積的壓力系數(shù)。

㈠．巖樣顆粒體積的測定

由上述所知，只要用同樣的方法進行兩次實驗就可以確定出巖樣的顆粒體積，即未知室不裝巖樣時得到的平衡壓力為P1，未知室空間體積為V₁

未知室里裝上巖樣時得到的平衡壓力P，未知室的空間（包括巖心當(dāng)中的孔隙體積）體積V₂

④式－⑤式為巖樣的顆粒體積Vg

Vg＝V₁－V₂

這里應(yīng)該指出的是：由于我們所用的氣體孔隙度儀結(jié)構(gòu)設(shè)計上考慮了精度和已知室的校正問題，所以在巖樣杯（未知室）中裝滿了不同體積的鋼盤，在測定P1時，應(yīng)在巖樣杯中裝滿鋼圓盤，測定P時應(yīng)從杯中取出與巖樣體積相當(dāng)?shù)匿摫P體積，記錄取出鋼圓盤體積V_鋼，所以顆粒體積為：

V_g=V₁+V_鋼－V₂ ……………………………………⑹

㈡．用TY－B巖心夾持器測定巖樣的孔隙體積：

用氣體孔隙度儀與TY－B巖心夾持器連接，就可以測定巖樣的孔隙體積，TY－B巖心夾持器如圖所示： 

首先在夾持器中裝一不滲透的鋼（或有機玻璃）柱塞，用高壓氣體向巖心夾持器的環(huán)形空間加壓，使膠皮筒緊貼柱塞使之密封。然后打開閥門使已知室的氣體膨脹到夾持器中，獲得平衡壓力P1即得到一個空間（包括通往加壓柱塞管線的空間）體積為V1。

然后，用標(biāo)準(zhǔn)圓形巖心替換夾持器中的鋼柱塞，用同樣的方法獲得平衡壓力，即又得到一個空間體積V（包括巖樣內(nèi)孔隙體積+V₁）。巖樣的孔隙體積V_P為：

V_P＝V－V₁

㈢、巖樣外表體積與孔隙度的確定

1．外表體積的求法：

V_f＝π／4·D²·H ……………………………………⑺

式中：V_f巖樣外表體積，cm³；

          D巖樣直徑，cm；

          H巖樣高度，cm

2．孔隙度的求法：

根據(jù)下式就可求出巖樣的孔隙度Ф：

Ф=1－V_g／V_f 或 Ф=V_P／V_f………………………⑻

㈣．公式③中V_K、G確定

其方法是在同一原始壓力P_K下測定：

⑴．巖樣杯中裝滿鋼圓盤時的平衡壓力P₁；

⑵．從杯中取出第 一號鋼圓盤后的平衡壓力P₂；

⑶．從杯中取出第三號鋼圓盤（同時裝進第 一號鋼圓盤）的平衡壓力P3；

根據(jù)公式③就可以知道下面三個描述性方程： 

由⑾－⑼式得：

由⑽－⑼式得：

令：

三、儀器結(jié)構(gòu)及各部件說明

本儀器是根據(jù)玻義爾定律設(shè)計的，所以等溫很重要，故要求安裝在非通氣區(qū)，沒有空氣直接流通的室內(nèi)實驗臺上，只要溫度穩(wěn)定在2%范圍內(nèi)，即可測得穩(wěn)定的結(jié)果。流程圖及實物參考圖如下：

儀器有下列部件：

1．氣源閥：供給孔隙計調(diào)節(jié)器低于1MPa氦（氮）氣，當(dāng)供氣閥關(guān)閉時，調(diào)節(jié)器通過常泄，使壓力保持恒定。

2．調(diào)節(jié)器：將1MPa的壓力準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)到0.7MPa以下。

3．供氣閥：連接0.7MPa以下壓力的氣體到標(biāo)準(zhǔn)室和壓力計，它是標(biāo)準(zhǔn)室體積的上游極限。

4．標(biāo)準(zhǔn)室：已知體積室。

5．樣品閥：能使標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)0.7MPa壓力的氣體連接到未知室體積上去，它是標(biāo)準(zhǔn)室體積的下游極限。

6．放空閥：使末知體積中的初始壓力為0MPa，同時又可以使平衡后的氣體放入大氣。

7．壓力計：測量體系中氣體壓力，用來指示標(biāo)準(zhǔn)室的壓力準(zhǔn)確達到0.7MPa以下，并指示體系平衡的壓力。

四、測試準(zhǔn)備

㈠．樣品準(zhǔn)備

1．樣品加工：將待測樣品用鉆床成直徑為25mm，長度為60mm，如果不能加工成規(guī)則形狀的樣品，可用其它方法制成能放入巖心室的形狀也可以。

2．樣品處理：含油樣品先洗油（含鹽量大的要除鹽），在105℃的烘箱中烘干（時間長知可視具體情況而定），然后放入干燥器中冷至室溫，等測。

㈡．儀器準(zhǔn)備

1．連接好巖心室或夾持器；

2．接通氣源；

3．關(guān)閉放空閥和樣品閥，打開氣源閥和供氣閥，用調(diào)節(jié)器使標(biāo)準(zhǔn)室的壓力達到0.6MPa以下。

4．關(guān)閉供氣閥，穩(wěn)定一段時間后，加壓力不下降，說明整個系統(tǒng)不漏氣，否則就需要檢漏。

5．打開樣品閥，穩(wěn)定一段時間后，如壓力不下降，說明整個系統(tǒng)不漏氣，否則就應(yīng)檢漏（可用肥皂液檢漏）。

6．如果停用時間較長，正式測量之前應(yīng)對壓力計進行校正。

五．測試步驟

㈠．顆粒體積測定：

1．測量各個鋼圓盤和巖樣的幾何體積，用游標(biāo)卡尺量其直徑與長度。為了便于區(qū)分，將鋼圓盤從小到大編號為1、2、3、4。

2．將測量后的鋼圓盤全部裝入樣品杯中，并把該杯密封于夾持器中。

3．開氣源閥、供氣閥，用壓力調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)至原始壓力P_k，待壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉供氣閥，并記下Pk然后關(guān)閉放空閥。開樣品閥，氣體膨脹到樣品杯（末知室），壓力計讀數(shù)從Pk下降，待壓力穩(wěn)定后，記下此平衡壓力P₁。

4．關(guān)樣品閥，開放空閥，取出1號鋼圓盤，然后將樣品杯在夾持器中密封，關(guān)放空閥重復(fù)步驟（3），記下平衡壓力P2及取出的1號鋼圓盤體積V₁，隨后關(guān)掉樣品閥，開放空閥，取出3號鋼圓盤（同時裝入1號鋼圓盤），將樣品杯裝入夾持器中密封，關(guān)放空閥，重復(fù)步驟（3），記下平衡壓力P3及鋼圓盤V₂。

5．隨后關(guān)掉樣品閥，開放空閥，從樣品杯中取出全部鋼圓盤，裝入巖樣，如巖樣未裝滿巖樣標(biāo)，用鋼圓盤充填。盡量將樣品杯填滿（原則是使其空間體積縮小）。然后將樣品杯裝入夾持器中密封，重復(fù)步驟3記錄下平衡壓力P及取出的鋼圓盤體積V_鋼。

一塊樣品測定完畢后，如要連續(xù)測多塊樣品，隨后的巖樣重復(fù)步驟5就可以了。

六、儀器主要技術(shù)參數(shù)

1．測試巖心直徑：Ф25㎜

2．測試巖心長度：60㎜

3．工作介質(zhì)：氦氣和氮氣

4．工作壓力：0.7MPa

5．測量誤差：±0.5%

6．壓力量程：1MPa

7．壓力精度：≤0.1%