实验一 岩石孔隙度的测

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实验一 岩石孔隙度的测定

一．实验原理

气体孔隙度仪是测量体积的一种仪器，用它可以测定岩样的骨架体积和孔隙度体积，利用气体膨胀原理，即玻义尔定律，已知体积的气体在其确定压力下向未知体积等温膨胀，膨胀后可测定最终的平衡压力。平衡压力的大小取决于未知体积的大小，而未知体积的大小由玻义尔定律求得。

该仪器可用两种气体作为驱替介质，氮气和氦气，对于一般的砂岩可用氦气，对于较为致密的灰岩和孔隙较小的岩样可用氦气测定。

根据玻义尔定律，如图—2所示：气体的已知体积V k 与所测压力P k 下等温膨胀到未知室体积V 中，膨胀后测量最终平衡压力P ，这个平衡压力取决于未知体积量，未知体积可以用玻义尔定律求得：

V k P k =VP +V k P (1) V =V k (P k −P)/P (2)

对于低压真实气体，在弹性体积中作等温膨胀，考虑到器壁的压变性，忽略一些次要因素，计算由下式表示： V =V k (

P k −P P

)+

P+P 0P

G （P k −P) (3)

式中：V ——未知室空间体积，cm 3

V k ——已知室空间体积，cm

3

P k ——已知室的（原始）压力，MPa P ——平衡压力，MPa

P 0——当天大气压力，MPa G ——体积的压变系数。

（一）岩样颗粒体积的测定：

由上述所知，只有用同样的方法进行两次实验就可以确定出岩样的颗粒体积，即未知室不装岩样时得到的平衡压力为P 1，未知室空间体积为V 1。 V 1=V k (

P k −P 1P 1

)+

P 1+P 0P 1

G （P k −P 1) (4)

未知室里装上岩样时得到的平衡压力P ，未知室的空间（包括岩心当中的空习体积）体积V 2 V 2=V k (

P k −P P

)+

P+P 0P

G （P k −P) （5）

式（4）—式（5）为岩样的颗粒体积为V g

V g =V 1−V 2

这里应该指出的是：由于我们所用的气体空隙度仪结构设计上考虑了精度和已知室的校正问题，所以在岩样杯（未知室）中装满了不同体积的钢块，在测定P 1时应在岩样杯中装

满钢块，测定P 时应从杯中取出与岩样体积相当的钢块体积，记录取出的钢块体积V 钢，所以颗粒体积为

V g =V 1+V 钢−V 2 （6）

（二）岩样外表体积和孔隙度的确定

1、外表体积的求法：

V f =HD 2π/4 （7） 式中：

V f ——岩样外表体积，cm 3

D ——岩样直径，cm H ——岩样高度，cm 2、孔隙度的求法

根据下式就可求出岩样的空隙度Φ： Φ=1−V g /V f (8)

(三)公式（3）中V k 、G 的确定

其方法是在同一原始压力P k 下测定： 1、 岩样杯中装满钢块时的平衡压力P 1； 2、 从杯中取出1号钢块后的平衡压力P 2；

3、 从杯中取出3号钢块（同时装入1号钢块）后的平衡压力P 3；

根据公式（3）就可以知道下面三个描述性方程：

V 1=V k (

P k −P 1P 1)+P 1+P 0P 1G （P k −P 1) （9） V 2=V k (P k −P 2P 2

)+P 2+P 0P 2G （P k −P 2) （10） V 3=V k (

P k −P 3P 3

)+

P 3+P 0P 3

G （P k −P 3) （11）

由（11）—（9）式得：

V 3−V 1=V k (P k P 3

−P k P 1

)+[(P k P 3

−1)(P 3+P 0)−(P

k P 1

−1)（P 1+P 0）]G （12）

由（10）—（9）式得： V 2−V 1=V k (P k P 2

−

P k P 1

)+[(P k P 2

−1)(P 2+P 0)−(P

k P 1

−1)（P 1+P 0）]G （13）

令：

A =

P k P 3−P k

P 1

B =(P k P 3−1)(P 3+P 0)−(P k

P 1

−1)（P 1+P 0）

C =

P k P 2−P k

P 1

D =(P k P 2−1)(P 2+P 0)−(P k

P 1

−1)（P 1+P 0）

有：

V 3−V 1=A ∙V k +B ∙G

V2−V1=C∙V k+D∙G 经整理得

G=A(V2−V1)−C(V3−V1)

AD−BC

(14)

V k=D(V3−V1)−B(V2−V1)

AD−BC

(15)

式中

（V2-V1）——第一次取出的1号钢块体积；cm3

（V3-V1）——第一次取出的3号钢块体积；cm3

P0——大气压力；MPa

二．测量参数表

三．用式（14）和（15）计算v k和G 根据实验测得的数据，计算出：

A=P k

P3−P k

P1

=0.309

B=(P k

P3−1)(P3+P0)−(P k

P1

−1)（P1+P0）=0.399Mpa

C=P k

P2−P k

P1

=0.069

D=(P k

P2−1)(P2+P0)−(P k

P1

−1)（P1+P0）=0.093Mpa V2−V1=V01=1.453cm3

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