CN104990857A - 真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法，包括a.将待测煤岩样品放入反力装置中，并对其密封；b.对待测煤岩样品进行加压，并向待测煤岩样品充气，c.待压力稳定后，采集压力参数和在压力状态下的流量参数；d.根据压力参数和流量参数计算待测煤岩样品的渗透率；本发明采用三向加压装置以及封闭容器结构，直观的模拟三维地应力，通过调节压力数值进行不同三轴地应力下煤岩渗透率的检测，并且能够测量不同环境条件的煤岩渗透率的检测，本发明具有结构紧凑、操作简单、使用灵活、体积较小、成本较低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开发领域，尤其涉及一种真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法及装置。
背景技术
中国是世界煤炭生产大国，煤层气相应的储藏量巨大，储藏量和天然气基本一样。其基本成分是甲烷。天然气除了是廉价的化工原料外，还主要作为燃料使用，不仅作为居民的生活燃料，而且还被用作汽车、船舶、飞机等交通运输工具的燃料。由于煤层气热值高，燃烧产物对环境污染少，被认为是优质洁净燃料。
随着近年来中国的石油和天然气开采业发展迅速，开发和利用非常规天然气已经成了我国长远战略目标，但在开采的过程中，如何提高煤层瓦抽采率和利用率是一直是石油及煤炭行业的重点与难点，由于我国地质条件非常复杂，在非常规天然气开采领域受到了一定的限制，而煤岩渗透率是反映煤岩中流体运移难易程度的标志，因此如何准确测量出煤岩渗透率对于煤层气利用、瓦斯抽采系统设计具有重要意义。但是，目前现有技术中煤岩渗透率测量存在以下问题：(1)测量装置无围压且密封困难、测漏困难。(2)加围压情况下试件加工要求精度高加工困难。(3)测试过程中受外界影温度响较大。(4)出口端直接通大气测量误差大，压力可变范围小。(5)不能模拟三维应力条件下煤岩体深部渗透情况。因此需要亟需一种新的方式来实现对煤岩渗透率的准确测量。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法及装置，以解决上述问题。
本发明提供的真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法，包括
a.将待测煤岩样品放入反力装置中，并对其密封；
b.对待测煤岩样品进行加压，并向待测煤岩样品充气，
c.待压力稳定后，采集压力参数和在压力状态下的流量参数；
d.根据压力参数和流量参数计算待测煤岩样品的渗透率。
进一步，所述步骤b中还包括：通过对液压油缸充液，推动挡块移动对待测煤岩样品加压，并通过压力气瓶向待测煤岩样品充气。
进一步，所述步骤d还包括通过如下公式计算待测煤岩样品的渗透率：
其中，K为煤的实测渗透率，Q0为气体流量，P0——大气压力，P1为入口压力，P2为出口压力，Pm为三轴围压压力，F为渗透有效面积，L为煤体试件长度，b为气体克林伯格系数。
进一步，所述步骤c还包括采用单位时间气体体积测量方法进行流量测量，具体包括：间隔测量直至流量稳定，当连续读取三次渗透气体体积量相等时，将渗流气体体积作为气体流量计算。
进一步，将量管和容量瓶的液面调整至同一水平线，记录量管的液面刻度，待流量稳定后进行二次记录，两次记录之差即为渗流气体体积。
本发明还提供了一种真三轴环境下煤岩渗透率的检测装置，包括气体输入单元、用于模拟地应力状态的加压单元、用于采集压力参数和流量参数的采集单元、进出气管路单元和用于计算煤岩渗透率的测量单元；所述加压单元包括用于放置待测煤岩样品并加载压力的加压装置和用于对加压装置进行压力调节的压力调节装置，所述加压装置通过进出气管路单元分别与气体输入单元和采集单元连接，所述采集单元与测量单元连接。
进一步，所述加压装置包括油泵、油缸和用于作为油缸载体的反力装置，所述油缸固定于反力装置，所述油泵与油缸连接。
进一步，所述压力调节装置包括出口压力调节器、入口压力调节器和压力控制器。
进一步，所述采集单元包括压力采集模块和流量采集模块，所述压力采集模块用于采集待测煤岩样品进出口气体压力。
进一步，所述流量采集模块包括流量计、量管和容量瓶。
本发明的有益效果：本发明采用三向加压装置以及封闭容器结构，直观的模拟三维地应力，通过调节压力数值进行不同三轴地应力下煤岩渗透率的检测，并且能够测量不同吸附状态，不同间隙气压，不同温度的渗透率变化情况，为瓦斯与天然气开发提供技术数据支持，本发明具有结构紧凑、操作简单、使用灵活、体积较小、成本较低的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的反力装置的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的结构示意图,图2是本发明的反力装置的结构示意图.
本发明提供的真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法，包括
a.将待测煤岩样品放入反力装置中，并对其密封；
b.对待测煤岩样品进行加压，并向待测煤岩样品充气，
c.待压力稳定后，采集压力参数和在压力状态下的流量参数；
d.根据压力参数和流量参数计算待测煤岩样品的渗透率。
通过获取反力装置中进出口气体压力，同时获取真三轴加压设备加压压力以及渗流气体流量。利用采集的压力参数和流量值，计算出该压力状态下的渗透率。该方法操作简单、稳定测试成本低，加工要求低。
在本实施例中，所述步骤b中还包括：通过对液压油缸充液，推动挡块移动对待测煤岩样品加压，并通过压力气瓶向待测煤岩样品充气。
所述步骤d还包括根据采集的压力参数和流量值，通过如下公式计算待测煤岩样品的渗透率：
式(1)
其中，K为煤的实测渗透率，Q0为气体流量，P0——大气压力，P1为入口压力，P2为出口压力，Pm为三轴围压压力，F为渗透有效面积，L为煤体试件长度，b为气体克林伯格系数。
在本实施例中，步骤c还包括采用单位时间气体体积测量方法进行流量测量，具体包括：间隔测量直至流量稳定，当连续读取三次渗透气体体积量相等时，将渗流气体体积作为气体流量计算。优选地，开始时每隔5分钟测量一次，直至流量稳定，在读取3次渗透气体体积量相等时，作为渗流气体体积进行气体流量计算。读数时先使量管和容量瓶两容器内液面等高，然后读取量管液面所在刻度，一定时间后再次读数，两次读数的差为本次测量体积。本实施例中的测量单元为煤炭科学研究总院重庆研究院研制的HCA高压吸附装置压力采集器，可直接读取压力值；压力采集模块采用压力传感器，可实时显示进出口瓦斯压力值。
如图1所示，本发明还提供了一种真三轴环境下煤岩渗透率的检测装置，包括气体输入单元1、用于模拟地应力状态的加压单元、用于采集压力参数和流量参数的采集单元、进出气管路单元和用于计算煤岩渗透率的测量单元；
所述加压单元包括用于放置待测煤岩样品并加载压力的加压装置4和用于对加压装置进行压力调节的压力调节装置，所述加压装置4通过进出气管路单元分别与气体输入单元1和采集单元连接，所述采集单元与测量单元连接，加压装置4具体结构如图2所示。
本实施例中的加压装置4包括油泵、油缸和用于作为油缸载体的反力装置，所述液压油缸固定于反力装置，所述油泵与油缸连接；油缸采用三个液压油缸，通过充入不同压力的压力油，在加压的过程为煤样提供真三轴的压力，进而模拟地应力，本实施例中的压力调节装置包括出口压力调节器、入口压力调节器5和用于对出口和入口压力进行控制的压力控制器6，采集单元包括压力采集模2和流量采集模块，所述压力采集模块用于采集待测煤岩样品进出口气体压力。流量采集模块包括流量计7、量管8和容量瓶9。在本实施例中，通过流量计7测量气体流量，由于煤样瓦斯渗透流量随气体压力变化较大，当流量较小时采用单位时间气体体积测量方法，具体包括：开始时每隔5分钟测量一次，直至流量稳定，在读取3次渗透气体体积量相等时，作为渗流气体体积进行气体流量计算。读数时先移动平衡装置使量管8和容量瓶9两容器内液面等高，然后读取量管液面所在刻度，一定时间后再次读数，两次读数的差为本次测量体积。本发明提供的检测装置能够测量不同吸附状态，不同间隙气压，不同温度的渗透率变化情况，为瓦斯与天然气开发提供技术数据支持。
在本实施例中，油泵采用液压油泵，所述油缸采用液压油缸，气体输入单元1采用装有高压瓦斯气体的压力气瓶，压力采集模2采用压力传感器可实时显示进出口瓦斯压力值，本实施例中的测量单元为煤炭科学研究总院重庆研究院研制的HCA高压吸附装置压力采集器，可直接读取压力值，也可以采用其他可以实现上述功能的器件来代替，本领域技术人员可以轻易的获取，在此不再赘述。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法，其特征在于：包括
a.将待测煤岩样品放入反力装置中，并对其密封；
b.对待测煤岩样品进行加压，并向待测煤岩样品充气，
c.待压力稳定后，采集压力参数和在压力状态下的流量参数；
d.根据压力参数和流量参数计算待测煤岩样品的渗透率。
2.根据权利要求1所述的真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法，其特征在于：所述步骤b中还包括：通过对液压油缸充液，推动挡块移动对待测煤岩样品加压，并通过压力气瓶向待测煤岩样品充气。
3.根据权利要求1所述的真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法，其特征在于：所述步骤d还包括通过如下公式计算待测煤岩样品的渗透率：
其中，K为煤的实测渗透率，Q0为气体流量，P0——大气压力，P1为入口压力，P2为出口压力，Pm为三轴围压压力，F为渗透有效面积，L为煤体试件长度，b为气体克林伯格系数。
4.根据权利要求1所述的真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法，其特征在于：所述步骤c还包括采用单位时间气体体积测量方法进行流量测量，具体包括：间隔测量直至流量稳定，当连续读取三次渗透气体体积量相等时，将渗流气体体积作为气体流量计算。
5.根据权利要求4所述的真三轴环境下煤岩渗透率的检测方法，其特征在于：将量管和容量瓶的液面调整至同一水平线，记录量管的液面刻度，待流量稳定后进行二次记录，两次记录之差即为渗流气体体积。
6.一种真三轴环境下煤岩渗透率的检测装置，其特征在于：包括气体输入单元、用于模拟地应力状态的加压单元、用于采集压力参数和流量参数的采集单元、进出气管路单元和用于计算煤岩渗透率的测量单元；
所述加压单元包括用于放置待测煤岩样品并加载压力的加压装置和用于对加压装置进行压力调节的压力调节装置，所述加压装置通过进出气管路单元分别与气体输入单元和采集单元连接，所述采集单元与测量单元连接。
7.根据权利要求6所述的真三轴环境下煤岩渗透率的检测装置，其特征在于：所述加压装置包括油泵、油缸和用于作为油缸载体的反力装置，所述油缸固定于反力装置，所述油泵与油缸连接。
8.根据权利要求6所述的真三轴环境下煤岩渗透率的检测装置，其特征在于：所述压力调节装置包括出口压力调节器、入口压力调节器和用于对出口和入口压力进行控制的压力控制器。
9.根据权利要求6所述的真三轴环境下煤岩渗透率的检测装置，其特征在于：所述采集单元包括压力采集模块和流量采集模块，所述压力采集模块用于采集待测煤岩样品进出口气体压力。
10.根据权利要求9所述的真三轴环境下煤岩渗透率的检测装置，其特征在于：所述流量采集模块包括流量计、量管和容量瓶。
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