CN106323832A

CN106323832A - 用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置及方法

Info

Publication number: CN106323832A
Application number: CN201510332677.XA
Authority: CN
Inventors: 石在虹; 柯文奇; 牛骏; 杨立红; 葛静涛; 赵兴龙
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2017-01-11

Abstract

本发明的用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置，包括：密封容器，用于盛放煤岩，并设有透光孔和可视孔；气瓶，与密封容器连通，并用于盛放气体；标尺，其设置在密封容器中，用于测量煤岩的尺寸，并且其刻度朝向可视孔；光源，经透光孔照射煤岩，使煤岩在标尺上形成投影。该装置能够有效地研究煤岩在吸附过程中在某一方向上的渗透率变化，对煤岩3的裂缝发育的方向性渗透率研究起到重要作用，并对明确煤储层在CO₂吸附过程中的渗透率变化起到重要作用。

Description

用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置及方法

技术领域

本发明涉及煤岩勘探技术领域，特别地涉及一种用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置及方法。

背景技术

CO₂埋存是实现减小温室效应的方法之一。国内外逐渐将其应用于衰竭油藏及煤层气藏开采中，在实现CO₂埋存的同时也提高了原油及煤层气采收率。在煤层埋存过程中，由于煤岩对CO₂有较强的吸附性，煤岩在吸附CO₂过程中会引起煤岩基质的膨胀。因此，通过煤岩的膨胀量来研究其渗透率对CO₂的埋存具有重要的研究意义。

目前，在测量煤岩的吸附膨胀量的装置中，通常通过应变片来测量煤岩在吸附后的膨胀量。但是，通过应变片测量时，只能测量煤岩在吸附后的整体膨胀量，不能有效地研究煤岩在某一方向上的膨胀量。

因此，如何解决现有的装置只能研究煤岩的整体吸附膨胀量的问题，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置，可以通过标尺研究煤岩在某一方向的吸附膨胀量。

本发明的用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置，包括：密封容器，用于盛放煤岩，并设有透光孔和可视孔；气瓶，与所述密封容器连通，并用于盛放气体；标尺，其设置在所述密封容器中，用于测量所述煤岩的尺寸，并且其刻度朝向所述可视孔；光源，经所述透光孔照射所述煤岩，使所述煤岩在所述标尺上形成投影。

在一个实施例中，所述光源包括点光源，以及用于使所述点光源产生平行光束的面光源透镜，其中所述平行光束与所述煤岩的顶面平行。

在一个实施例中，在所述煤岩的一侧设有用于测量所述煤岩的高度的高度标尺和用于测量所述煤岩的长度的长度标尺，在所述煤岩的相邻侧设有用于测量所述煤岩的宽度的宽度标尺，其中长度标尺的相对侧和所述宽度标尺的相对侧均设有光源。

在一个实施例中，还包括经所述可视孔而采集标尺刻度的摄像头，以及与所述摄像头连接并用于处理和记录数据的自动记录单元。

在一个实施例中，还包括用于对所述密封容器加热的加热单元、用于对所述密封容器抽真空的真空泵，以及用于与所述气瓶连接的缓冲容器。

在一个实施例中，所述煤岩和所述标尺均放置在所述密封容器的支座上，并且所述透光孔的底端和所述可视孔的底端均与所述支座的上表面平齐。

本发明的使用根据上述中任一项所述的装置测量煤岩的吸附膨胀量的方法，包括：步骤一，将煤岩放入密封容器中，并测量煤岩的初始尺寸L；步骤二，向密封容器中充入气体至所需压力P1；步骤三，在吸附完成后，打开光源，测量煤岩在标尺上的投影L1；以及步骤四，根据实验数据观察煤岩在P1压力下的吸附膨胀量。

在一个实施例中，所述煤岩在P1压力下的伸长量△L＝L1-L。

在一个实施例中，所述煤岩在P1压力下的膨胀系数为：ε＝(L1-L)/L。

在一个实施例中，步骤4之后还包括：步骤五，向所述密封容器中继续充入气体至压力P2，并在吸附完成后，测量煤岩在标尺上的投影L2；步骤六，根据尺寸L和L2计算煤岩在P2压力下的吸附膨胀量。

相对于现有技术，本发明的用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置中以通过光学观测的方法测出煤岩在某一方向上的膨胀量，因此能够有效地研究煤岩在吸附过程中在某一方向上的渗透率变化，对煤岩3的裂缝发育的方向性渗透率研究起到重要作用，并对明确煤储层在CO₂吸附过程中的渗透率变化起到重要作用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1是本发明实施例的用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置。

图2是本发明实施例的煤岩在不同压力时的膨胀量变化示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的用于测量煤岩3的吸附膨胀量的装置包括设有透光孔21和可视孔22的密封容器2、用于测量煤岩3的尺寸的标尺4，以及用于照射煤岩3的光源5。在使用时，将煤岩3放置在密封容器2中。并使光源5经过透光孔21照射煤岩3，使煤岩3在标尺4上形成投影。然后通过可视孔22观察投影的刻度，从而根据标尺4上的刻度来计算煤岩3在吸附后的膨胀量。通过上述方式测量煤岩3的膨胀量时，可以通过光学观测的方法测出煤岩3在某一方向上的膨胀量，因此能够有效地研究煤岩3在吸附过程中在某一方向上的渗透率变化，对煤岩3的裂缝发育的方向性渗透率研究起到重要作用，并对明确煤储层在CO₂吸附过程中的渗透率变化起到重要作用。

在一个实施例中，如图1所示，图1中仅示出一个面的光源5和标尺4。煤岩3大致成矩形。在煤岩3的一侧设有用于测量煤岩3的高度Z的高度标尺41和用于测量煤岩3的长度Y的长度标尺(图中未示出)。在煤岩3的相邻侧设有用于测量煤岩3的宽度X的宽度标尺。其中长度标尺的相对侧和所述宽度标尺的相对侧均设有光源5。通过上述方式设置，便于同时研究煤岩3在三个正交方向上的渗透率变化，省事省力。

进一步地，高度标尺41、长度标尺和宽度标尺的刻度均朝向可视孔一侧，以便于得到测量数据。煤岩3、高度标尺41、长度标尺和宽度标尺均设置在密封容器2的支座23上，以便于设置透光孔21和可视孔22。其中，透光孔21的底端和可视孔22的底端均与支座23的上表面平齐。这样，方便设置透光孔21和可视孔22上的玻璃，并能够有效地提高密封容器2的承压性能。透光孔21和可视孔22处的玻璃可以均为石英玻璃，以减少成本。

另外，光源5可以设置在密封容器2的外侧，以便于调节和安装光源5。光源5包括点光源51，以及用于使点光源51产生平行光束的面光源透镜52。其中平行光束与煤岩3的顶面平行。这样，煤岩3在标尺4上的投影即为其真实的伸长量，从而简化计算过程，省事省力。并且测量的准确度较高，从而提高研究准确性。

该装置还包括用于采集标尺4刻度的摄像头7，以及与摄像头7连接并用于处理和记录标尺4刻度的自动记录单元8。其中，摄像头位于可视孔22处。

另外，该装置还包括用于盛放气体并与密封容器2连通的气瓶1、用于对密封容器2加热的加热单元9和用于对密封容器2抽真空的真空泵6。通过加热单元9控制密封容器2的温度，从而提高模拟地层环境的真实性。真空泵6用于在充入实验气体之前先对密封容器2抽真空，以提高模拟真实性。其中，气瓶1中的气体可以为CO₂气体等。

进一步地，该装置还包括设置连通气瓶1和密封容器2的管路上的缓冲容器10。在煤岩3吸附过程中，通过缓冲容器10减少气体的波动，从而进一步提高模拟时的准确性。在该管路上还可以设置减压阀11和两通阀12，以便于调节压力和控制管路的通断。

在一种使用上述装置测量煤岩3的吸附量的方法中，先根据煤岩3的裂隙发育将煤岩3打磨成矩形。然后将煤岩3放入密封容器2中，开启真空泵6，将密封容器2中的空气及煤岩3吸附气体排出密封容器2。并对密封容器2加热，待温度稳定后，测量煤岩3的初始尺寸L。再然后向密封容器2中充入气体至所需压力P1。待吸附完成(吸附超过24小时或煤岩3的膨胀量不变后)后，打开光源5，测量煤岩3在标尺4上的投影L1。最后根据实验数据观察煤岩3在P1压力下的吸附膨胀量。

煤岩3在P1压力下的伸长量△L＝L1-L。煤岩3在P1压力下的膨胀系数为：ε＝(L1-L)/L。其中，如图2所示，需要在测量三个正交方向时的膨胀量时。先分别测出煤岩3在长度方向Y的初始尺寸Ly，在宽度方向X的初始尺寸Lx，以及在高度方向Z的初始尺寸Lz。待吸附完成后，测量煤岩3在长度方向Y的尺寸Ly1，在宽度方向X的初始尺寸Lx1，以及在高度方向Z的初始尺寸Lz1。

煤岩3在P1压力下的长度方向Y的伸长量△Ly＝Ly1-Ly。煤岩3在P1压力下的宽度方向X的伸长量△Lx＝Lx1-Lx。煤岩3在P1压力下的高度方向Z的伸长量△Lz＝Lz1-Lz。

煤岩3在P1压力下的长度方向Y的膨胀系数为：εy＝(Ly1-Ly)/Ly。煤岩3在P1压力下的宽度方向X的膨胀系数为：εx＝(Lx1-Lx)/Lx。煤岩3在P1压力下的高度方向Z的膨胀系数为：εz＝(Lz1-Lz)/Lz。

待测量完L1后，还可以向密封容器2中继续充入气体至压力P2，并在吸附完成后，测量煤岩3在标尺4上的投影L2。然后根据尺寸L和L2计算煤岩3在P2压力下的吸附膨胀量。在此过程中，也可以分别测量煤岩3在长度方向Y的膨胀量Ly2，在宽度方向X的膨胀量Lx2和在高度方向Z的膨胀量Lz2。伸长量和膨胀系数的计算方法与上述相同，此处不再赘述。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种用于测量煤岩的吸附膨胀量的装置，包括：

密封容器，用于盛放煤岩，并设有透光孔和可视孔；

气瓶，与所述密封容器连通，并用于盛放气体；

标尺，其设置在所述密封容器中，用于测量所述煤岩的尺寸，并且其刻度朝向所述可视孔；

光源，经所述透光孔照射所述煤岩，使所述煤岩在所述标尺上形成投影。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源包括点光源，以及用于使所述点光源产生平行光束的面光源透镜，其中所述平行光束与所述煤岩的顶面平行。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，在所述煤岩的一侧设有用于测量所述煤岩的高度的高度标尺和用于测量所述煤岩的长度的长度标尺，在所述煤岩的相邻侧设有用于测量所述煤岩的宽度的宽度标尺，其中长度标尺的相对侧和所述宽度标尺的相对侧均设有光源。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，还包括经所述可视孔而采集标尺刻度的摄像头，以及与所述摄像头连接并用于处理和记录数据的自动记录单元。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，还包括用于对所述密封容器加热的加热单元、用于对所述密封容器抽真空的真空泵，以及用于与所述气瓶连接的缓冲容器。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述煤岩和所述标尺均放置在所述密封容器的支座上，并且所述透光孔的底端和所述可视孔的底端均与所述支座的上表面平齐。

7.一种使用根据权利要求1-6中任一项所述的装置测量煤岩的吸附膨胀量的方法，包括：

步骤一，将煤岩放入密封容器中，并测量煤岩的初始尺寸L；

步骤二，向密封容器中充入气体至所需压力P1；

步骤三，在吸附完成后，打开光源，测量煤岩在标尺上的投影L1；以及

步骤四，根据实验数据观察煤岩在P1压力下的吸附膨胀量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述煤岩在P1压力下的伸长量△L＝L1-L。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述煤岩在P1压力下的膨胀系数为：ε＝(L1-L)/L。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤4之后还包括：

步骤五，向所述密封容器中继续充入气体至压力P2，并在吸附完成后，测量煤岩在标尺上的投影L2；

步骤六，根据尺寸L和L2计算煤岩在P2压力下的吸附膨胀量。