CN108444869B - 一种煤页岩中气体扩散系数测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，包括实验舱，实验舱的内部通过双层密封隔板分为左实验腔室和右实验腔室，双层密封隔板之间集成安装有用于存储气体的存储泵、用于测定左实验腔室和右实验腔室内气体浓度的气相色谱仪气路系统、用于测定左实验腔室和右实验腔室内压力值的气体压力变化检测装置，左实验腔室和右实验腔室的壁面上内壁上设有样品夹持密封安装孔，本发明通过将各个检测设备集成到同一个实验舱上，简化了实验操作步骤，减小了实验外在影响因素；通过将气体扩散系数的两种方式结合在一起，同时进行测定，并且不影响操作，不仅能减少繁琐的数据计算，而且减小了外在客观因素的影响。

Description

一种煤页岩中气体扩散系数测定装置

技术领域

本发明涉及煤页岩中气体开发技术领域，具体为一种煤页岩中气体扩散系数测定装置。

背景技术

煤层气(或页岩气)，是指赋存在煤(页)岩中以甲烷为主要成分、以吸附在基质颗粒表面为主、部分游离于孔隙中或溶解于岩层水中的烃类气体。

煤层气(或页岩气)具有以下几个特点：

(1)基本不含C2以上的重烃，产出时没有无机杂质；

(2)在地下主要是以大分子团的吸附状态存在于煤页岩中，具备较好的产能基础；

(3)煤层气开采是通过排水降低地层压力，使煤层气在煤层中解吸-扩散-流动采出，而常规天然气则是靠自身的压力产出；

(4)煤层气初始生产产量低，但周期长，可达数十年，天然气初期产量高，生产周期常小于10年；

(5)煤层气又称煤矿瓦斯，是煤矿生产安全的主要威胁，同时其产生的温室效应较CO2强。

因此，开采煤层气有利于：首先，降低煤矿安全事故；其次，可以起到环保效应；再次，可以产生良好的经济效益。

对煤层气(或页岩气)进行开采之前，需要先认清其在煤页岩中的运移规律，扩散是煤层气产出过程中必然经历的环节。煤层气的产出势必要经过解吸-扩散-渗流的过程，煤层气产量的高低受这三个环节的共同控制。当储层压力降到临界解吸压力之后,煤层气便从煤孔隙内表面解吸出来。由于煤基质中孔隙以直径小于10nm的微孔隙为主，渗透率极低，煤层气首先扩散到渗透性裂隙或割理中才能渗流产出。气体进入渗透性裂隙后遵从达西定律渗流，气体产量是压力和渗透率的函数。由此可见,扩散作用在煤层气的解吸产出过程中起着重要的衔接作用。扩散的实质是气体从高分子密度区(煤基质)向低分子密度区(渗透性裂隙)的运动，扩散速度与气体分子扩散距离即裂隙间距的平方呈反比。扩散作用主要影响煤层气井的早期产量及其后期的稳产时间。

实际的煤层气(或页岩气)扩散过程可以由菲克第二定律来描述，如方程(1)：

式(1)中，C为煤层气(或页岩气)的浓度；t为时间；x,y,z为空间坐标，D为煤层气(或页岩气)扩散系数，其显示气体扩散能力。扩散系数的精确度反映人类对煤层气(或页岩气)运移过程的认识程度，也反映了煤层气(或页岩气)的开发能力。因此，需要有效精确地确定煤层气(或页岩气)扩散系数D。

现有技术确定煤层气(或页岩气)在基质中扩散系数，是将粉碎颗粒样品置于密封扩散器皿中，再向其中注入煤层气(或页岩气)，当气体开始扩散至样品中时，扩散器皿中的气压值下降。利用监测仪器记录其气压动态变化值，当扩散处于平衡状态时(即吸附饱和时)可以由菲克第二定律计算得到气体的扩散系数。

现有技术还有根据菲克第二定律，通过测定气体浓度变化或压力变化的方式进行扩散系数的测定，

但是，这种技术破坏了煤页岩本身特有的空间结构，造成检测的结果与实际的煤页岩基质的扩散系数相差较大；另有一种技术，其保存了煤页岩原始样品空间结构，但是其仪器的空间密闭性不稳定，很难达到精确测定的扩散的要；现有的气体压力变化和浓度方式仍然不能解决很多实验客观的影响因素，无法保证测量精度。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，通过将各个检测设备集成到同一个实验舱上，简化了实验操作步骤，减小了实验外在影响因素，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，包括实验舱，所述实验舱的内部通过双层密封隔板分为左实验腔室和右实验腔室，所述双层密封隔板之间集成安装有用于存储气体的存储泵、用于测定左实验腔室和右实验腔室内气体浓度的气相色谱仪气路系统、用于测定左实验腔室和右实验腔室内压力值的气体压力变化检测装置，所述左实验腔室和右实验腔室的壁面上内壁上设有样品夹持密封安装孔。

优选的，所述实验舱的整个立体表面为中空隔层，在所述的中空隔层内设有循环水路装置。

优选的，所述存储泵内部分为对照气体存储腔和实验气体存储腔，所述对照气体存储腔和实验气体存储腔分别通过一根充气管接入实验舱，并在所述的充气管上设有节流阀，在所述存储泵的侧表面设有节流阀安装槽和控制导出槽，所述节流阀完全配合安装在节流阀安装槽内，所述节流阀安装槽的边缘通过一个缺口连接控制导出槽，所述节流阀的流量调节杆安装在控制导出槽内并伸出至存储泵的外表面，所述对照气体存储腔和实验气体存储腔上均设置有进气管道。

优选的，在所述存储泵的一端设有滑动安装机构，所述滑动安装机构由两个平行设置在存储泵的边角上的滑动卡槽组成，所述气相色谱仪气路系统滑动安装在两个滑动卡槽之间，所述气相色谱仪气路系统的进气口伸入左实验腔室和右实验腔室内部，用于检测所述左实验腔室和所述右实验腔室内部的气体浓度。

优选的，所述气体压力变化检测装置用于检测所述左实验腔室和所述右实验腔室内气体的压力变化趋势，所述气体压力变化检测装置包括空心检测杆和支撑杆，所述空心检测杆的正中心位置垂直固定在支撑杆的一端，且所述的空心检测杆的内部正中心位置通过密封隔板分割成两个检测区域，每个检测区域由标准气压腔和测量腔组成，所述的标准气压腔设置在空心检测杆的端部，并且所述标准气压腔和测量腔连接，在所述的测量腔内安装有液体柱测量杆，在所述的液体柱测量杆的内部设有测量液体柱，表面设有刻度，所述测量腔靠近正中心的位置设有进气口，所述进气口连接有测量进气管道，所述测量进气管道固定在支撑杆上并连接于实验舱内部。

优选的，所述液体柱测量杆为空心圆柱状，且液体柱测量杆与测量腔侧表面密封连接，在液体柱测量杆的两端设置有气孔，所述测量进气管道穿过进气口与液体柱测量杆一端的气孔连接，所述液体柱测量杆另一端的气孔与标准气压腔连接。

优选的，所述的样品夹持密封安装孔用于安装岩心样品夹持装置,所述安装岩心样品夹持装置通过吸盘装置与实验舱的壁面无缝连接，所述岩心样品夹持装置由活动三爪机构、对接筒和调节机构组成，所述活动三爪机构通过对接筒与调节机构相接。

优选的，所述活动三爪机构包括用于夹持岩心样品的三个爪手，所述对接筒内设有调控盘，所述调控盘的边缘均匀分布有三个调控槽，在调控槽上设有卡口，三个所述的爪手分别插入三个卡口中，所述调节机构包括调节筒、调节索以及设在调节筒内的调节塞，三个所述的爪手的端部穿过卡口后固定在调节塞上，所述调节塞与调节索连接，所述调节索伸出调节筒外。

优选的，所述循环水路装置包括若干根横纵交替的导热管道，所有的导热管道在实验舱的整个立体表面形成仅有一个进水口和一个出水口的管路结构，相邻导热管道之间通过四通阀连接；所述导热管道的底端为平面，上端为内凹面，两侧为外凸面，所述平面紧密贴附在实验舱表面。

优选的，所述吸盘装置包括塑胶套管，在塑胶套管的两端分别延伸为内塑胶吸盘和外塑胶吸盘，并且所述的内塑胶吸盘和外塑胶吸盘将塑胶套管包覆在内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过将各个检测设备集成到同一个实验舱上，简化了实验操作步骤，减小了实验外在影响因素；

(2)本发明通过将气体扩散系数的两种方式结合在一起，同时进行测定，并且不影响操作，也不会增加操作的时间，并且通过气体压力变化检测装置和气相色谱仪气路系统的改进，不仅能减少繁琐的数据计算，而且减小了外在客观因素的影响。

(3)本发明通过循环加热的方式对实验舱进行温控，保证了实验舱内气体较为均匀的运动，解决了现有技术中实验舱底部水浴加热的方式所造成实验舱内部气体运动不均匀的问题，减小了气体运动对气体扩散系数的测定。

(4)本发明通过设置多个岩心样品夹持装置，采用人工控制的交替夹持方式，能保证岩心样品的整个立体表面都能与实验舱内气体充分接触，进而进行有效的扩散，因此，能够利用与地下岩层完全相同的煤页岩块作为检测用样品，保持样品原有特性并且可以避免实验仪器引起的实验结果不准确，本发明中扩散系数检测结果与气体在地下岩层状态下的扩散系数更加接。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的存储泵结构示意图；

图3为本发明的存储泵的侧视图；

图4为本发明的气体压力变化检测装置结构示意图；

图5为本发明的岩心样品夹持装置结构示意图；

图6为本发明的调控盘结构示意图；

图7为本发明的中导热管道在实验舱呢中空隔层平面上的分布结构示意图；

图8为本发明的吸盘装置的结构示意图。

图中标号：

1-实验舱；2-双层密封隔板；3-存储泵；4-气相色谱仪气路系统；5-气体压力变化检测装置；6-岩心样品夹持装置；7-样品夹持密封安装孔；8-循环水路装置；9-吸盘装置。

101-左实验腔室；102-右实验腔室；

301-对照气体存储腔；302-实验气体存储腔；303-充气管；304-节流阀；305-节流阀安装槽；306-控制导出槽；307-缺口；308-流量调节杆；309-进气管道；310-滑动安装机构；311-滑动卡槽；

501-空心检测杆；502-支撑杆；503-密封隔板；504-标准气压腔；505-测量腔；506-液体柱测量杆；507-进气口；508-测量进气管道；509-气孔；

601-活动三爪机构；602-对接筒；603-调节机构；604-爪手；605-调控盘；606-调控槽；607-卡口；608-调节筒；609-调节索；610-调节塞；

801-导热管道；802-四通阀；

901-塑胶套管；902-外塑胶吸盘；903-内塑胶吸盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本发明提供了一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，包括实验舱1，所述实验舱1的内部通过双层密封隔板2分为左实验腔室101和右实验腔室102，所述双层密封隔板2之间集成安装有用于存储气体的存储泵3、用于测定左实验腔室101和右实验腔室102内气体浓度的气相色谱仪气路系统4、用于测定左实验腔室101和右实验腔室102内压力值的气体压力变化检测装置5，所述左实验腔室101和右实验腔室102的壁面上内壁上设有样品夹持密封安装孔7。

在现有的煤页岩中气体扩散系数测定装置基本点都是利用各个现有检测设备直接对实验舱内的气体变化进行检测，包括温度和气体压力值，在每一次实际实验操作过程中，所使用的检测设备需要与实验舱1进行连接，这样就导致更大因素的存在人为误差，不可避免，但是在本实施方式中，该气体扩散系数测定装置将各个检测设备集成到实验舱1上形成一个整体的构造，便于实验的操作与数据的记录。

在本实施方式中，如图1和图2所示，所述存储泵3内部分为对照气体存储腔301和实验气体存储腔302，分别用于存储实验气体(甲烷或天然气器等)和存储实验气体(一般采用氮气进行对照实验)，所述对照气体存储腔301和实验气体存储腔302分别通过一根充气管303接入实验舱1，充气馆与实验舱1为固定密封连接，在每次实际操作过程中不需要像现有技术中的检测设备需要拆装，能更有效的减小实验误差。

并在所述的充气管303上设有节流阀304，通过节流阀304来控制存储泵3内气体的释放，其具体控制原理为：

首先，由于实验舱1内的压力与存储泵3内气体压力的差异，存储泵3的气体压力要大，再打开节流阀304的时候，气体会像实验舱内是释放，然后再关闭节流阀304，由于要保证对照气体存储腔301和实验气体存储腔302内的初始压力值相同，通过在实验舱304上集成压力传感设备进行检测。

如图2和图3所示，在所述存储泵3的侧表面设有节流阀安装槽305和控制导出槽306，所述节流阀304完全配合安装在节流阀安装槽305内，使得存储泵3的侧面与实验舱紧密相接，所述节流阀安装槽305的边缘通过一个缺口307连接控制导出槽306，所述节流阀304的流量调节杆308安装在控制导出槽306内并伸出至存储泵3的外表面，所述对照气体存储腔301和实验气体存储腔302上均设置有进气管道309。

在本实施方式中，节流阀304的控制部分，流量调节杆308通过嵌合在存储泵3侧面的控制导出槽306内，并引出至存储泵3的上方，便于控制节流阀。实现对实验气体和对照气体的释放控制。

并且，在本实施方式中，对照气体存储腔301和实验气体存储腔302上的进气管道309有两个用途，分别是充气和抽真空作用，分别如下：

抽真空功能：实验开始前，完全打开节流阀304，使其和实验舱1内部流通，通过在进气管道309上外接真空泵，将对照气体存储腔301、实验气体存储腔302以及实验舱1一并抽真空。

充气功能：一般在抽真空之后进行，抽真空之后，将节流阀304完全关闭，此时实验舱1内为封闭的真空状态，并且将进气管道309关闭(可以采用阀门的控制方式，在进气管道309上同样设置一个控制阀门)，然后将真空泵换成充气泵，分别根据需要在对照气体存储腔301和实验气体存储腔302内存储实验所需气体，充气泵可根据需要，在对照气体存储腔301和实验气体存储腔302充入气体后使其内部气压达到一定的值。

在本实施方式中，对照气体存储腔301和实验气体存储腔302上也可以集成压力传感设备来进行压力值的监测，也可以将对照气体存储腔301、实验气体存储腔302以及实验舱的压力传感检测设备集成在同一个设备上。

如图1和图2所示，在所述存储泵3的一端设有滑动安装机构，所述滑动安装机构由两个平行设置在存储泵3的边角上的滑动卡槽310组成，所述气相色谱仪气路系统4滑动安装在两个滑动卡槽310之间，所述气相色谱仪气路系统4的进气口伸入左实验腔室101和右实验腔室102内部，用于检测所述左实验腔室101和所述右实验腔室102内部的气体浓度。

在本实施方式中，图2中的滑动卡槽310为正面图，该滑动安装机构实质上就是在存储泵3的侧面边缘上设置一个内凹的结构(即本实施方式中的滑动卡槽)，即为在存储泵3两端设置一个槽口向内的条形槽，可以通过在气相色谱仪气路系统4的边缘上加装一个可插入滑动卡槽310的条形板块结构，从而将气相色谱仪气路系统4直接加装在存储泵3上。

现有的气相色谱仪的基本构造有两部分，即分析单元和显示单元。前者主要包括气源及控制计量装置﹑进样装置﹑恒温器和色谱柱。后者主要包括检定器和自动记录仪。色谱柱(包括固定相)和检定器是气相色谱仪的核心部件。

(1)气路系统：气相色谱仪中的气路是一个载气连续运行的密闭管路系统。整个气路系统要求载气纯净、密闭性好、流速稳定及流速测量准确。

(2)进样系统进样就是把气体或液体样品匀速而定量地加到色谱柱上端。

(3)分离系统分离系统的核心是色谱柱，它的作用是将多组分样品分离为单个组分。色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类。

(4)检测系统检测器的作用是把被色谱柱分离的样品组分根据其特性和含量转化成电信号，经放大后，由记录仪记录成色谱图。

(5)信号记录或微机数据处理系统近年来气相色谱仪主要采用色谱数据处理机。色谱数据处理机可打印记录色谱图，并能在同一张记录纸上打印出处理后的结果，如保留时间、被测组分质量分数等。

(6)温度控制系统用于控制和测量色谱柱、检测器、气化室温度，是气相色谱仪的重要组成部分。气相色谱仪分为两类：一类是气固色谱仪，另一类是气液分配色谱仪。这两类色谱仪所分离的固定相不同，但仪器的结构是通用的。

而在本实施方式中，将气相色谱仪气路系统4从现有的气相色谱仪中分离出来，采用同样的原理，将其设计成方形结构插装在存储泵3上，并且该气相色谱仪气路系统4可再外接气相色谱仪的进样系统，直接通过气相色谱仪气路系统4的进气口伸入实验舱的内部把气体样品匀速而定量地加到分离系统的色谱柱上，该气相色谱仪气路系统4的检测顺序在气体压力变化检测装置5的后面，避免气体样品的采取减小了实验舱内的压力值进而导致实验舱内气体压力检测的错误性。

在本实施方式中,依据气相色谱仪来检测左实验腔室101和右实验腔室102内部气体的浓度，进而计算气体扩散系数。

如图1和图4所示，所述气体压力变化检测装置5用于检测所述左实验腔室101和所述右实验腔室102内气体的压力变化趋势，所述气体压力变化检测装置5包括空心检测杆501和支撑杆502，所述空心检测杆501的正中心位置垂直固定在支撑杆502的一端，且所述的空心检测杆501的内部正中心位置通过密封隔板503分割成两个检测区域，分别用于检测所述左实验腔室101和所述右实验腔室102内气体的压力变化趋势，每个检测区域由标准气压腔504和测量腔505组成，所述的标准气压腔504设置在空心检测杆501的端部，并且所述标准气压腔504和测量腔505连接，在所述的测量腔505内安装有液体柱测量杆506，在所述的液体柱测量杆506的内部设有测量液体柱507，表面设有刻度，所述测量腔505靠近正中心的位置设有进气口508，所述进气口508连接有测量进气管道509，所述测量进气管道509固定在支撑杆502上并连接于实验舱1内部。

在本实施方式中，标准气压腔504是通过在其与测量腔505之间的连通处设置开关阀，在实验前开关阀是关闭的，在标准气压腔504上有用于调整标准气压腔内部的标准气压，在实验开始之前，需要先将左实验腔室101和右实验腔室102内根据实验需求充入一定气压的实验气体和对照气体(在该实验中，实验气体一般采用甲烷或天然气，对照气体采用氮气)，然后根据集成在实验舱1上的压力传感检测设备测得初始压力值，进而根据该初始压力值来确定标准气压腔504的值，由于测量液体柱起始位置一般设为在贴近标准气压腔504的位置，因此，标准气压腔504的压力值要大于实验舱1的初始压力值。

在本实施方式中,测量液体柱507内的液体为不溶于甲烷、天然气和氮气的液体。

在本实施方式中，将准备工序做好，然后再设定标准气压腔504的压力值，打开开关阀，使得测量液体柱507位于液体柱测量杆506的中央位置(可以通过用真空泵或充气泵调节标准气压腔的压力值)。

并且在本实施方式中，测量腔505与空心检测杆501是无缝接触，测量腔505与液体柱测量杆506也是无缝连接。

所述液体柱测量杆506为空心圆柱状，且液体柱测量杆506与测量腔505侧表面密封连接，在液体柱测量杆506的两端设置有气孔510，所述测量进气管道509穿过进气口508与液体柱测量杆506一端的气孔510连接，所述液体柱测量杆506另一端的气孔510与标准气压腔504连接。

在本实施方式中，液体柱测量杆506的内部气体容积是依据实验舱的大小，被测样品的体积来决定，液体柱测量杆506需要有一个变化的范围，来保证整个实验过程中，随着实验舱1内压力值的变化，测量液体柱507都位于液体柱测量杆506内部。

所述的样品夹持密封安装孔7用于安装岩心样品夹持装置6,所述安装岩心样品夹持装置6通过吸盘装置9与实验舱1的壁面无缝连接，所述岩心样品夹持装置6由活动三爪机构601、对接筒602和调节机构603组成，所述活动三爪机构601通过对接筒602与调节机构603相接。

如图1和图5所示，在本实施方式中，样品夹持密封安装孔7可在实验舱的整个立体表面都设置，根据实验需求，最常用的采用前后设置，一般使用其中两个样品夹持密封安装孔7来安装岩心样品夹持装置6，用于夹持岩心样品，在实验过程中，通过人工控制岩心样品夹持装置6，间隔一定的时间，更换岩心样品夹持装置6对岩心样品进行夹持；岩心样品夹持装置6所夹持的部位不同，能有效的解决现有技术中，岩心样品在进行实验过程中，始终有一部分接触面是无法接触气体的，即使采用悬挂或磁悬浮的方式，都有绳索或磁悬浮辅助设备与岩心样品进行接触，磁悬浮也不能将岩心样品本身磁悬浮起来，在本实施方式中，通过2个或2个以上的比较简易的岩心样品夹持装置6交替夹持，彻底解决了该技术问题，由于气体扩散系数的检测，本身就是精确的计算，解决外在影响因素才能解决精度的问题，进而进行有效的扩散，因此，能够利用与地下岩层完全相同的煤页岩块作为检测用样品，保持样品原有特性并且可以避免实验仪器引起的实验结果不准确，本发明中扩散系数检测结果与气体在地下岩层状态下的扩散系数更加接。

所述活动三爪机构601包括用于夹持岩心样品的三个爪手604，所述对接筒602内设有调控盘605，所述调控盘605的边缘均匀分布有三个调控槽606，在调控槽606上设有卡口607，三个所述的爪手601分别插入三个卡口607中，所述调节机构603包括调节筒608、调节索609以及设在调节筒608内的调节塞610，三个所述的爪手604的端部穿过卡口607后固定在调节塞610上，所述调节塞610与调节索609连接，所述调节索609伸出调节筒608外。

如图8所示，在本实施方式中，岩心样品夹持装置6通过吸盘装置9与实验舱的壁面无缝隙连接，该吸盘装置9包括塑胶套管901，在塑胶套管901的两端分别延伸为内塑胶吸盘902和外塑胶吸盘903，并且所述的内塑胶吸盘902和外塑胶吸盘903将塑胶套管901包覆在内，且内塑胶吸盘902和外塑胶吸盘903相接触，将塑胶套管901套在岩心样品夹持装置6的调节筒608上，外塑胶吸盘903的直径比样品夹持密封安装孔7略大，通过挤压将该外塑胶吸盘903从实验舱1的内部挤出来，内塑胶吸盘902比样品夹持密封安装孔7大很多，当内塑胶吸盘902挤出到实验舱1的壁面外时，实验舱1的壁面就会被夹持在外塑胶吸盘903和内塑胶吸盘902之间，并且外塑胶吸盘903和内塑胶吸盘902都是向实验舱1的壁面外凸的，因此在抽真空过程中，外塑胶吸盘903会由于外部压力紧密贴在实验舱1的外壁面上，在充入实验气体或对照气体的时候，内塑胶吸盘902会在内部气体的挤压下，紧密贴在实验舱1的内壁面上，从而保证在实验过程中，无气体泄漏的因素，由于塑胶套管901也是通过其伸缩性套在调节筒608上，因此，也不会存在气体泄漏的因素。

如图6所示，在本实施方式中，调控盘605本质上就是一个圆盘结构，在圆盘的侧面开三个槽，并且槽内部表面是向上凸的弧面，槽的下端是敞开的，在槽的上端，也就是调控盘的上边缘为封闭式的卡口，使得爪手601的端部经过槽内部并穿过该卡口，可以将爪手601的端部与爪手601的本体之间设置成一定角度，使得爪手601的端部为竖直状态，固定在调节塞610上，拉动调节塞610的同时也能拉动爪手601的端部上移动，由于槽的结构是内部形成一个外凸的弧面，从而爪手601的本体向调控盘605的中心靠拢、进而夹持样品。

在本实施方式中，在调节筒608通过调节索609伸出调节筒608外，可以很容易的调节爪手601的工作。

因此，在实验前定位好岩心样品夹持装置6的安装位置，进而通过交替控制2个或2个以上的岩心样品夹持装置6来交替夹持岩心样品，另外，通过转动使得不同的岩心样品夹持装置6的爪手方位不同，进而使得爪手601在夹持岩心样品的时候，夹持的部位也不同，才能解决岩心样品与设备接触面带来的实验负面影响。

在本实施方式中，所述实验舱1的整个立体表面为中空隔层(由于中空隔层在隐藏部分图1中并未画出)，也就是整个实验舱为的立体为双层结构，在所述的中空隔层内设有循环水路装置8，用于对实验舱进行加热，促进气体的扩散。

如图7所示，所述循环水路装置8包括若干根横纵交替的导热管道801，所有的导热管道801在实验舱的整个立体表面形成仅有一个进水口和一个出水口的管路结构，相邻导热管道801之间通过四通阀802连接，图7中仅体现了导热管道801在一个平面上的分布。

所述导热管道801的底端为平面，上端为内凹面，两侧为外凸面，所述平面紧密贴附在实验舱1表面，这样能保证导热管道与实验舱的接触面更大化。

在本实施方式中，从进水口通入预先设定温度的热水，将出水口出来的热水重新进行加热，在实验舱内配置温度传感设备，根据实验的温度需求，调节进入的热水温度，使其达到实验需求的温度，一直循环的进行热水供应，热水的供应速率相同，在供应稳定后，温度也自然能控制。

通过该方式进行热水的供应，能对实验舱的整个立体表面进行加热，现有技术采用水浴加热的方式缺陷很大，既不方便操作，也只能对实验舱的底部进行加热。导致气体在实验舱内部运动不均匀的问题，进而影响扩散系数的测定，而实施方式所采用的的方式能完全有效的解决该技术问题。

实施例2：

本发明基于上述气体扩散系数测定装提供一种气体扩散系数实验测试方法。其包括如下步骤：

步骤100、测定岩心样品在设定温度下的实验舱内压力变化曲线；

步骤200、测定岩心样品在设定温度下的实验舱内气体浓度变化曲线；

步骤300、根据菲克第二定律，分别计算步骤100和步骤200的扩散系数。

步骤400、比较步骤100和步骤200所测的扩散系数，综合得到岩心样品的气体扩散系数。

在本实施方式中，通过较小的设备需求可以将两种测定岩心样品气体扩散系数的方式巧妙的结合在同一个整体上，分别是气体浓度和压力的测定方式，可以同时进行测定，得到两种方式的两种数据。

在本实施方式中，步骤100中压力变化曲线的测定是重要特点之一，避开了现有技术测量压力值的传感设备，而采用更我准确的变化测试方式；

对于传感设备而言，测定的是气体对容器内壁的压力，同样是一种相对数据，最后得到仅为气体对容器内壁压力的变化值，而气体对容器内壁的压力会因为气体在实验舱内部的运动形式而有一定的影响，在现有技术的加热方式下，能将该技术问题很明显的体现出来，通过本实施方式的循环加热方式，并结合实施例1中的气体压力变化检测装置5，能在减小众多外在因素的前提下得到更准确的数据。该装置的难题仅为密封性能的问题，但是本实施方式采用的是液体柱的形式，只需要做好设备之间的密封性能即可，密封性能对于目前的成熟技术而言，是极其容易的，因此，通过该方式测得的压力变化曲线，精度高，而且可以规避繁琐的数据计算。

在本实施方式中，气体浓度变化曲线的测定直接利用现有技术测定，将气相色谱仪的气路系统集成到实验舱时，再具体操作的时候只需要将气路系统连接到气相色谱仪上即可，而不需要在实验舱上增加任何的检测设备，完全可以保证实验舱的密封性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，包括实验舱（1），其特征在于：所述实验舱（1）的内部通过双层密封隔板（2）分为左实验腔室（101）和右实验腔室（102），所述双层密封隔板（2）之间集成安装有用于存储气体的存储泵（3）、用于测定左实验腔室（101）和右实验腔室（102）内气体浓度的气相色谱仪气路系统（4）、用于测定左实验腔室（101）和右实验腔室（102）内压力值的气体压力变化检测装置（5），所述左实验腔室（101）和右实验腔室（102）的壁面上内壁上设有样品夹持密封安装孔（7）；所述实验舱（1）的整个立体表面为中空隔层，在所述的中空隔层内设有循环水路装置（8）；

所述存储泵（3）内部分为对照气体存储腔（301）和实验气体存储腔（302），所述对照气体存储腔（301）和实验气体存储腔（302）分别通过一根充气管（303）接入实验舱（1），并在所述的充气管（303）上设有节流阀（304），在所述存储泵（3）的侧表面设有节流阀安装槽（305）和控制导出槽（306），所述节流阀（304）完全配合安装在节流阀安装槽（305）内，所述节流阀安装槽（305）的边缘通过一个缺口（307）连接控制导出槽（306），所述节流阀（304）的流量调节杆（308）安装在控制导出槽（306）内并伸出至存储泵（3）的外表面，所述对照气体存储腔（301）和实验气体存储腔（302）上均设置有进气管道（309）；

在所述存储泵（3）的一端设有滑动安装机构，所述滑动安装机构由两个平行设置在存储泵（3）的边角上的滑动卡槽（310）组成，所述气相色谱仪气路系统（4）滑动安装在两个滑动卡槽（310）之间，所述气相色谱仪气路系统（4）的进气口伸入左实验腔室（101）和右实验腔室（102）内部，用于检测所述左实验腔室（101）和所述右实验腔室（102）内部的气体浓度；

所述气体压力变化检测装置（5）用于检测所述左实验腔室（101）和所述右实验腔室（102）内气体的压力变化趋势，所述气体压力变化检测装置（5）包括空心检测杆（501）和支撑杆（502），所述空心检测杆（501）的正中心位置垂直固定在支撑杆（502）的一端，且所述的空心检测杆（501）的内部正中心位置通过密封隔板（503）分割成两个检测区域，每个检测区域由标准气压腔（504）和测量腔（505）组成，所述的标准气压腔（504）设置在空心检测杆（501）的端部，并且所述标准气压腔（504）和测量腔（505）连接，在所述的测量腔（505）内安装有液体柱测量杆（506），在所述的液体柱测量杆（506）的内部设有测量液体柱（507），表面设有刻度，所述测量腔（505）靠近正中心的位置设有进气口（508），所述进气口（508）连接有测量进气管道（509），所述测量进气管道（509）固定在支撑杆（502）上并连接于实验舱（1）内部。

2.根据权利要求1所述的一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，其特征在于：所述液体柱测量杆（506）为空心圆柱状，且液体柱测量杆（506）与测量腔（505）侧表面密封连接，在液体柱测量杆（506）的两端设置有气孔（510），所述测量进气管道（509）穿过进气口（508）与液体柱测量杆（506）一端的气孔（510）连接，所述液体柱测量杆（506）另一端的气孔（510）与标准气压腔（504）连接。

3.根据权利要求1所述的一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，其特征在于：所述的样品夹持密封安装孔（7）用于安装岩心样品夹持装置（6）,所述安装岩心样品夹持装置（6）通过吸盘装置（9）与实验舱（1）的壁面无缝连接，所述岩心样品夹持装置（6）由活动三爪机构（601）、对接筒（602）和调节机构（603）组成，所述活动三爪机构（601）通过对接筒（602）与调节机构（603）相接。

4.根据权利要求3所述的一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，其特征在于：所述活动三爪机构（601）包括用于夹持岩心样品的三个爪手（604），所述对接筒（602）内设有调控盘（605），所述调控盘（605）的边缘均匀分布有三个调控槽（606），在调控槽（606）上设有卡口（607），三个所述的爪手（604）分别插入三个卡口（607）中，所述调节机构（603）包括调节筒（608）、调节索（609）以及设在调节筒（608）内的调节塞（610），三个所述的爪手（604）的端部穿过卡口（607）后固定在调节塞（610）上，所述调节塞（610）与调节索（609）连接，所述调节索（609）伸出调节筒（608）外。

5.根据权利要求1所述的一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，其特征在于：所述循环水路装置（8）包括若干根横纵交替的导热管道（801），所有的导热管道（801）在实验舱的整个立体表面形成仅有一个进水口和一个出水口的管路结构，相邻导热管道（801）之间通过四通阀（802）连接；所述导热管道（801）的底端为平面，上端为内凹面，两侧为外凸面，所述平面紧密贴附在实验舱（1）表面。

6.根据权利要求3所述的一种煤页岩中气体扩散系数测定装置，其特征在于：所述吸盘装置（9）包括塑胶套管（901），在塑胶套管（901）的两端分别延伸为内塑胶吸盘（902）和外塑胶吸盘（903），并且所述的内塑胶吸盘（902）和外塑胶吸盘（903）将塑胶套管（901）包覆在内。

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