压汞法测定毛管力曲线

中国石油大学油层物理实验报告
实验日期： 2014.11.04 成绩：
班级：石工(实验)1202 学号：姓名：教师：张俨彬
同组者：
压汞法测定毛管力曲线
一．实验目的
1．了解压汞仪的工作原理及仪器结构；
2．掌握毛管力曲线的测定方法及实验数据处理方法。

二．实验原理
岩石的孔隙结构极其复杂，可以看作一系列相互连通的毛细管网络。

汞不润湿岩石孔隙，在外加压力作用下，汞克服毛管力可进入岩石孔隙。

随压力增加，汞依次由大到小进入岩石孔隙，岩心中的汞饱和度不断增加。

注入压力与岩心中汞饱和度的关系曲线即为毛管力曲线，如图所示。

1-压汞曲线 2-退汞曲线
典型毛管力曲线
三、仪器流程与设备
压汞仪流程图
全套仪器由高压岩心室，汞体积计量系统，压力计量系统，补汞装置，高压动力系统，真空系统六大部分组成。

1、高压岩心室：该仪器设有一个岩心室，岩心室采用不锈钢材质，对称半螺纹密封，密封可靠，使用便捷；样品参数：φ25×（20--25mm ）岩样；可测孔隙直径范围：0.03-750μm 。

2、汞体积计量系统：采用差压传感器配合特制汞体积计量管计量汞体积。

进汞实验时，高压泵驱动酒精沿管线经隔离阀进入汞体积计量管，计量管中的泵下行，沿管线经岩心室和岩心。

进汞压力的大小由高压计量泵控制，数据由压力表组读取。

进入岩心的汞体积通过汞体积计量管和差压传感器测定。

计量管内上部为酒精，下部为汞。

差压传感器右端与计量管上端相连，管线内充满酒精；其左端与测量管底部相连，管线内充满汞，因此，差压传感器两端的压差为：
()gh P 酒精汞-ρρ=∆
ΔP----差压传感器两端的压差，Pa ；
ρ汞，ρ酒精---分别为实验条件下汞和酒精的密度，kg/m 3； h---汞体积计量管中汞柱的高度，m 。

3、压力计量系统：采用串联阶梯式计量的方法，主要由四个不同量程的压力表串联连接，由压力控制阀自动选择不同量程的压力表计量不同压力段的压力值，提高了测量的准确性；压力表量程：0.1、1、6、60MPa 各一支。

4、补汞装置：主要由调节系统，汞面探测系统及汞杯组成，并由指示灯显示汞面位置。

5、真空系统：可用真空泵对岩心室，岩心和相关管线抽真空。

四．实验步骤
1．用游标卡尺测量岩心直径，长度并记录； 2. 查表得计量管截面积，岩心孔隙度并记录； 3. 打开岩心室，放入岩样，关紧岩心室；
4. 关闭岩心室阀，打开抽空阀，打开真空阀，关闭真空泵放空阀；
5. 打开真空泵电源，对岩心室抽真空15-30min ；
6. 调节指针手柄，指针指示值为当前大气压对应的汞柱高度；
7. 打开岩心室阀，补汞阀，使汞杯中的汞进入岩心室；
8. 打开隔离阀，通过升降手柄调整汞杯高度，至汞面指示灯刚好点亮或熄灭，使汞杯液面与抽空阀间距离为一个大气压对应的汞柱高度；
9. 关闭抽空阀，关闭真空泵电源，打开真空泵放空阀，关闭补汞阀；
10.关闭泵进液阀，调整计量泵，使最小量程压力表读数为零，由数显屏读取计量管初始汞柱高度h 0并记录；
11.按实验数据表设定压力，逐级进泵加压，压力范围为0.005-10MPa 。

第一个压力点为0.005MPa ，进汞，待压力稳定后，由压力表读取毛管力P 1，由数显屏读取计量管汞柱高度h 1并记录；继续进汞，按实验数据表设定压力逐级加压，直至最高设定压力10MPa 。

注意：为保护压力表，当压力升到0.06MPa 时，关闭截止阀3；当压力升到0.6MPa 时，关闭截止阀2；当压力升到3MPa 时，关闭截止阀1；
12.按实验数据表设定压力，逐级退泵降压，压力稳定后记录退泵压力和计量管汞柱高度，直至0MPa 。

注意：退泵时，当压力降到3MPa 时，打开截止阀1；当压力降到0.6MPa 时，打开截止阀2；当压力降到0.06MPa 时，打开截止阀3；
13.打开泵进液阀，关闭隔离阀；
14.打开补汞阀，抽空阀，使岩心室中的汞回落；
15.打开岩心室，取出废岩心，放入回收瓶中（浸入水中），清理岩心室内台阶上的汞珠，关紧岩心室，关闭抽空阀；
16.清理台面汞珠，整理仪器，结束实验。

五．数据处理与计算
1．计算岩心含汞饱和度；
某一毛管力对应岩心含汞饱和度：Hg S ： ()%100%1000⨯∆--=⨯=P
P Hg Hg
V h h A V V S δ 式中，h0－进汞压力为零时对应的计量管汞柱高度，cm ；
h －某一设定压力对应的计量管汞柱高度，cm ； A －计量管横截面积，cm 2；
Vp －岩心中的孔隙体积， Vp=1/4*π*d 2 L Φ,cm 3 ; d-岩心直径，cm ； L －岩心长度，cm ； Φ-岩样的孔隙度。

答： 某一毛管力对应岩心含汞饱和度：S Hg
Vp=1/4*π*d 2 L Φ
=1/4*3.14*2.512*2.512*2.254*0.268 =2.99
S Hg = V Hg /V p *100%=A(h 0-h i )/V p *100%
= 0.3568*(33.94-26.95)/2.99*100%=83.4 其余的汞饱和度计算依次计算。

2.绘制毛管力曲线；
3.计算不同压力对应的毛管半径
c
c
o
c
p p p r 7354
.0140cos 4802cos 2=
⨯⨯-=
=
θ
σ
式中：σ-汞-空气系统的界面张力，mN/m(σ=480mN/m) θ-汞对岩石的润湿角，°（θ=140°） p c -毛管力，MPa ； r-毛管半径，μm 。

答： r=0.7354/0.01=73.54(μm) 其余的毛管半径以此类推。

4.求取岩石的最大孔喉半径r max 、饱和度中值压力P c50、退汞效率We
等有关物性参数，
并说明求取方法、在图上标明； （1）岩石的最大孔喉半径：T
p r 7354
.0max =
;
式中：P T －阈压，MPa 。

（2）毛管力曲线上含汞饱和度为50%时相应的毛管压力定为P c50，它越小反映岩石渗滤性越好，产能越高；
（3）在限定的压力范围内，从最大注入压力降到压力接近零时，从岩心内退出的汞体积与降压前注入的汞总体积的百分比。

它反映了非湿相毛细管效应采收率。

计算公式如下：
max
min
max Hg Hg Hg e S S S W -=
式中，We —退汞效率，%；
SHgmax —压汞曲线上，最高压力对应的岩心中的含汞饱和度，%； SHgmin —退汞曲线上，压力接近零时岩心中的含汞饱和度，%。

答：（1）岩石的最大孔喉半径：r max =0.7354/P T
根据图得到P T =0.02MPa r max =0.7354/0.02=36.77μm ;
（2）P c50=0.032Mpa 岩石渗滤性比较好；
（3）We=（ S Hgmax – S Hgmin ）/ S Hgmax *100%=(83.4%-60%)/83.4%=28.1% 毛管力曲线测定原始记录
岩心直径：2.512 cm 计量管截面积： 0.3568 cm 2 岩心长度：2.254 cm 岩心孔隙度：26.8 %
进汞压力MPa 进汞高度cm 校正高度cm 汞饱和度% 退汞压力MPa 退汞高度cm 校正高度cm 汞饱和度%
毛管半径
μm 0 33.94 33.94 0% 0 31.31 0
0.005 33.81 33.84 1.2% 0.005 28.86 28.91 60.0%
147.08 0.01 33.74 33.79 1.8% 0.01 27.83 27.90 72.1%
73.54 0.02 33.18 33.27 7.9% 0.02 27.23 27.33 78.9%
36.77 0.03 29.83 29.95 47.6% 0.03 27.13 27.26 79.7%
24.51 0.04 28.48 28.64 63.2% 0.04 27.09 27.25 79.8%
18.39 0.05 28.27 28.44 65.6% 0.05 27.06 27.26 79.7%
14.71 0.07 28.22 28.40 66.1% 0.07 27.01 27.24 79.9%
10.51 0.09 28.16 25.38 66.3% 0.09 26.98 27.24 79.9%
8.17 0.12 28.11 28.39 66.2% 0.12 26.93 27.23 80.1%
6.13 0.15 28.07 28.41 65.9% 0.15 26.90 2
7.24 79.9%
4.90 0.2 28.02 28.40 66.1% 0.2 26.85 27.22 80.2%
3.68 0.3 27.95 28.40 66.1% 0.3 26.75 27.17 80.8%
2.45
0.5 27.83 28.35 66.7% 0.5 26.62 27.09 81.7% 1.47
1 27.27 27.88 72.3% 1 26.46 26.99 82.9% 0.73
1.5 26.86 27.52 76.6% 1.5 26.39 26.97 83.2% 0.49
2 26.66 27.36 78.5% 2 26.34 26.97 83.2% 0.37
5 26.25 27.12 81.4% 5 26.17 26.93 83.7% 0.15
8 25.99 27.02 82.6% 8 25.98 26.91 83.9% 0.09
10 25.83 26.95 83.4% 10 25.83 26.95 83.4% 0.07
六．实验小结
通过本次实验我掌握了解压汞仪的工作原理及仪器结构，也掌握毛管力曲线的
测定方法及实验数据处理方法，达到了实验目的的要求。

同时，我学会了仪器的使用，
对实验原理有了更深的理解。

在这次实验中，我锻炼了实验能力，学到了很多知识。