CN109030318B - 一种压力室结构和渗透率测试系统 - Google Patents
一种压力室结构和渗透率测试系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109030318B CN109030318B CN201811057074.3A CN201811057074A CN109030318B CN 109030318 B CN109030318 B CN 109030318B CN 201811057074 A CN201811057074 A CN 201811057074A CN 109030318 B CN109030318 B CN 109030318B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- chamber
- pressure chamber
- piston
- oil cylinder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 115
- 230000035699 permeability Effects 0.000 title claims abstract description 63
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 31
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 11
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 44
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 35
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 15
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000003079 shale oil Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
- G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明提供了一种压力室结构和渗透率测试系统，涉及实验测量仪器技术领域。该压力室结构包括轴压室、围压室和活塞杆；所述轴压室包括油缸缸体和油缸端盖；所述围压室包括围压室上盖、筒体和底座；所述活塞杆包括杆体、第一活塞和第二活塞；杆体和筒体之间设置了压力连通孔和平衡腔，形成了围压自补偿结构，保证了作用于第二活塞上环面与杆体下端面的围压能相互抵消，从而不干扰轴压的加载，使得能够实现高效的轴压加载。本发明解决了现有渗透率测试技术中存在的轴压加载时无法抵消围压带来的压力干扰、很难实现高压条件的双向加载、没有考虑温度效应、结构复杂方面的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及实验测量仪器技术领域，尤其是涉及一种压力室结构和渗透率测试系统。
背景技术
作为岩石的基本物理参数，渗透率在评价油气田产量、地下储气库和核废料处置库的密闭性以及增强型地热系统中干热岩的压裂效果时十分重要。尤其是近些年页岩油气、致密砂岩油气等非常规油气的大力开采和储层尺度干热岩压裂试验的进行，迫切地需要对页岩、致密砂岩、花岗岩等超低渗岩石的渗透率进行精确测量。
超低渗岩石的渗透率测试不同于常规的高渗岩石。由于超低渗岩石更加致密，渗流速度远低于高渗岩石，因此超低渗测试具有周期长、技术难度大、设备性能要求高等特点。目前，用于渗透率测量的方法主要有两种：直接利用达西定律的稳态法和间接利用达西定律的非稳态法。稳态法适合测量高渗透率的多孔介质,而非稳态法更加适合测量超低渗岩石。非稳态法又分为脉冲衰减法和周期振荡法：脉冲衰减法是在试样的上游端施加一个瞬时脉冲压力，然后根据上、下游端气体压力的变化规律，确定出试样的渗透率；周期振荡法是在试样的上游施加一个周期波形压力，根据下游的振荡响应计算渗透率。在实际应用中，周期振荡法的实现需要更复杂的实验设备，成本较大，且对温度变化过于敏感，影响下游压力响应。因此，脉冲衰减法被更多地应用于超低渗测试中。
温度和压力对岩石渗透率影响很大。不同于美国页岩气1500m以浅的储层，我国非常规油气多为3500m以深的储层，在地层深处的岩石承受着更高的压力和温度。在现有技术中，由于超低渗压力室结构设计的不合理，超低渗测试设备多适用于50MPa、40℃以内的浅层温压条件，远远不能满足3500m以深的温压条件模拟。另外，深部储层处于双向不等压状态，目前的技术多数仅考虑了静水围压下的渗透率测试，不能代表真实的储层压力状态。
目前测量超低渗岩石渗透率的仪器中存在着一定缺陷。例如，中国专利申请号201610946045.7公布了一种三轴应力作用下超低渗岩石渗透率测量装置。该装置的压力室结构设计不合理，没有压力自补偿结构，使得装置在加轴压时无法抵消围压带来的压力干扰，很难实现高压条件加载，同时该装置也没有考虑温度效应。因此，该装置不适合模拟真实地层条件下岩石渗透率的测量。再例如，中国专利申请号201410109565.3公布了一种用于岩石压裂渗流微震试验的高密闭性压力容器。该装置为了模拟双向不等压状态，将渗透测试装置依附于岩石单轴压力机中，通过单轴压力试验机施加轴压，这大大增加了测试系统的复杂程度，测试效果有待改善。
基于此，本发明提供了一种压力室结构和渗透率测试系统，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压力室结构，以解决现有渗透率测试技术中存在的轴压加载时无法抵消围压带来的压力干扰、很难实现高压条件的双向加载、没有考虑温度效应以及结构复杂方面的技术问题。
本发明的目的还在于提供一种渗透率测试系统,所述渗透率测试系统包括上述压力室结构，用于解决现有技术中存在的轴压加载时无法抵消围压带来的压力干扰、很难实现高压条件的双向加载、没有考虑温度效应以及结构复杂方面的技术问题。
基于上述第一目的，本发明提供了一种压力室结构，包括轴压室、围压室和活塞杆；
所述轴压室包括油缸缸体和油缸端盖；所述围压室包括围压室上盖、筒体和底座；所述活塞杆包括杆体、第一活塞和第二活塞；
所述油缸缸体包括第一腔室；所述筒体包括第二腔室、第三腔室和压力连通孔，所述第二腔室和所述第三腔室通过分隔部分隔；所述杆体由所述第一腔室依次穿过所述油缸缸体、所述围压室上盖、所述第二腔室、所述分隔部直至所述第三腔室；所述第一活塞设置在所述第一腔室中；所述第二活塞设置在所述第二腔室中；
所述油缸端盖与所述第一腔室盖合，所述第一活塞与所述油缸端盖之间形成轴压腔；所述围压室上盖与所述第二腔室盖合，所述围压室上盖与所述第二活塞之间形成平衡腔；所述底座与所述第三腔室盖合，所述底座、所述筒体与所述杆体配合后形成围压腔；所述平衡腔与所述围压腔通过压力连通孔连通；
所述油缸缸体固定在所述围压室上盖上。
可选的，上述压力室结构，还包括隔热板；
所述隔热板设置在所述油缸缸体和所述围压室上盖之间。
可选的，上述压力室结构，所述油缸缸体与所述油缸端盖之间、所述油缸缸体与所述第一活塞之间、所述油缸缸体与所述杆体之间均通过第一密封件密封。
可选的，上述压力室结构，所述围压室上盖与所述杆体之间、所述围压室上盖与所述筒体之间、所述第二活塞与所述筒体之间、所述杆体与所述分隔部之间、所述筒体与所述底座之间均通过第二密封件密封。
可选的，上述压力室结构，所述第一密封件为普通密封件；所述第二密封件为异形密封件。
可选的，上述压力室结构，还包括加热圈；
所述加热圈套设在所述筒体的外表面上。
可选的，上述压力室结构，还包括测试组件；
所述测试组件包括试件上压头、试件下压头和样品套；
所述试件上压头、所述试件下压头的一端分别与试件的两端接触，接触部位与所述试件设置在所述样品套内；所述试件上压头的另一端与所述杆体接触；所述试件下压头的另一端与所述底座连接。
可选的，上述压力室结构，所述底座上设置有渗流进口和渗流出口；
所述渗流进口与所述试件上压头之间设置有进口管路；
所述渗流出口与所述试件下压头之间设置有出口管路。
基于上述第二目的，本发明提供了一种渗透率测试系统,所述渗透率测试系统包括管线气路单元、恒温控制单元、采集控制单元，以及所述的压力室结构；
所述管线气路单元与所述压力室结构连接；所述采集控制单元与所述管线气路单元连接；
所述管线气路单元用于测试所需流体的连通与分隔；所述恒温控制单元用于控制所述管线气路单元和所述压力室结构的温度恒定；所述采集控制单元用于采集和控制所述管线气路单元、所述恒温控制单元及所述压力室结构的压力信息、温度信息和流量信息。
可选的，上述渗透率测试系统，所述管线气路单元包括上游压力传感器、下游压力传感器、压差传感器和温度传感器。
本发明提供的所述压力室结构，包括轴压室、围压室和活塞杆；所述轴压室包括油缸缸体和油缸端盖；所述围压室包括围压室上盖、筒体和底座；所述活塞杆包括杆体、第一活塞和第二活塞；所述油缸缸体包括第一腔室；所述筒体包括第二腔室、第三腔室和压力连通孔，所述第二腔室和所述第三腔室通过分隔部分隔；所述杆体由所述第一腔室依次穿过所述油缸缸体、所述围压室上盖、所述第二腔室、所述分隔部直至所述第三腔室；所述第一活塞设置在所述第一腔室中；所述第二活塞设置在所述第二腔室中；所述油缸端盖与所述第一腔室盖合，所述第一活塞与所述油缸端盖之间形成轴压腔；所述围压室上盖与所述第二腔室盖合，所述围压室上盖与所述第二活塞之间形成平衡腔；所述底座与所述第三腔室盖合，所述底座、所述筒体与所述杆体配合后形成围压腔；所述平衡腔与所述围压腔通过压力连通孔连通；所述油缸缸体固定在所述围压室上盖上。本发明提供的压力室结构，杆体和筒体之间设置了压力连通孔和平衡腔，形成了围压自补偿结构，保证了作用于第二活塞上环面与杆体下端面的围压能相互抵消，从而不干扰轴压的加载，使得能够实现高效的轴压加载。
本发明提供的所述渗透率测试系统包括管线气路单元、恒温控制单元、采集控制单元，以及所述的压力室结构；所述管线气路单元与所述压力室结构连接；所述采集控制单元与所述管线气路单元连接。所述管线气路单元用于测试所需流体的连通与分隔；所述恒温控制单元用于控制所述管线气路单元和所述压力室结构的温度恒定；所述采集控制单元用于采集和控制所述管线气路单元、所述恒温控制单元及所述压力室结构的压力信息、温度信息和流量信息。本发明提供的渗透率测试系统，使用了上述压力室结构，具有上述压力室结构的所有优点，并且可适用于稳态法和脉冲衰减法两种渗透率测试方法，既能够对完整的超低渗岩石进行渗透率测试，还能够对含有裂缝的超低渗岩石或其他高渗透岩石进行渗透率测试。
基于此，与已有的渗透率测试技术相比，本发明不仅能够实现高效的轴压加载和高压条件的双向加载，而且还考虑了温度效应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的压力室结构的第一种结构示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为本发明实施例提供的压力室结构中活塞杆的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的压力室结构的第二种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的渗透率测试系统的结构示意图。
图标：1-油缸端盖；2-油缸B口；3-油缸缸体；4-油缸A口；5-上盖连接螺钉；6-围压室上盖；7-平衡腔；8-异形密封件；81-导套；9-加热圈；10-样品套；11-进口管路；12-筒体；13-底座；14-渗流进口；15-渗流出口；16-围压进出口；17-出口管路；18-压力室连接螺钉；19-试件下压头；20-试件；21-试件上压头；22-压力连通孔；23-普通密封件；24-活塞杆；241-杆体；242-第一活塞；243-第二活塞；25-油缸连接螺钉；26-缸盖连接螺钉；27-隔热板；28-真空泵；29-流量计；30-三位三通阀A；31-三位三通阀B；32-第一阀门；33-第二阀门；34-第三阀门；35-第四阀门；36-第五阀门；37-第一注气泵；38-第二注气泵；39a-上游储气罐；39b-下游储气罐；40-压差传感器；41a-上游压力传感器；41b-下游压力传感器；42-温度传感器；43-轴压泵；44-围压泵；45-采集控制器；46-恒温箱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
图1为本发明实施例提供的压力室结构的第一种结构示意图；图2为图1中A处的放大图；图3为本发明实施例提供的压力室结构中活塞杆的结构示意图。
如图1所示，在本实施例中提供了一种压力室结构，所述压力室结构包括轴压室、围压室和活塞杆24；
所述轴压室包括油缸缸体3；所述围压室包括围压室上盖6、筒体12和底座13；所述活塞杆24包括杆体241、第一活塞242和第二活塞243；
所述油缸缸体3包括第一腔室；所述筒体12包括第二腔室、第三腔室和压力连通孔22，所述第二腔室和所述第三腔室通过分隔部分隔；所述杆体241由所述第一腔室依次穿过所述油缸缸体3、所述围压室上盖6、所述第二腔室、所述分隔部直至所述第三腔室；所述第一活塞242设置在所述第一腔室中；所述第二活塞243设置在所述第二腔室中；
所述油缸端盖1与所述第一腔室盖合，所述第一活塞242与所述油缸端盖1之间形成轴压腔；所述围压室上盖6与所述第二腔室盖合，所述围压室上盖6与所述第二活塞243之间形成平衡腔7；所述底座13与所述第三腔室盖合，所述底座13、所述筒体12与所述杆体241配合后形成围压腔；所述平衡腔7与所述围压腔通过压力连通孔22连通；
所述油缸缸体3固定在所述围压室上盖6上。
本发明提供的压力室结构，杆体241和筒体12之间设置了压力连通孔22和平衡腔7，形成了围压自补偿结构，保证了作用于第二活塞243上环面与杆体241下端面的围压能相互抵消，从而不干扰轴压的加载，使得能够实现高效的轴压加载。
基于此，本发明较之原有技术，具有能够实现围压自补偿，实现高效的轴压加载的优点。
本实施例的可选方案中，所述油缸缸体3与所述油缸端盖1之间、所述油缸缸体3与所述第一活塞242之间、所述油缸缸体3与所述杆体241之间均通过第一密封件密封。
在上述技术方案中，进一步的，所述围压室上盖6与所述杆体241之间、所述围压室上盖6与所述筒体12之间、所述第二活塞243与所述筒体12之间、所述杆体241与所述分隔部之间、所述筒体12与所述底座13之间均通过第二密封件密封。
在上述技术方案中，进一步的，所述第一密封件为普通密封件23；所述第二密封件为异形密封件8。
具体的，轴压室包括油缸缸体3和油缸端盖1，油缸缸体3的一端通过油缸端盖1盖合，并通过缸盖连接螺钉26固定。围压室包括围压室上盖6、筒体12和底座13；围压室上盖6通过上盖连接螺钉5固定在筒体12的一端，底座13固定在筒体12的另一端。油缸缸体3利用油缸连接螺钉25穿过围压室上盖6与筒体12固定。
油缸缸体3包括第一腔室；筒体12包括第二腔室、第三腔室和压力连通孔22，所第二腔室和第三腔室通过分隔部分隔；杆体241由第一腔室依次穿过油缸缸体3、围压室上盖6、第二腔室、分隔部直至第三腔室；第一活塞242固定在杆体241的一个端部上；第二活塞243设置在第二腔室对应的杆体241上；杆体241的另一个端部延伸至第三腔室。
油缸缸体3与油缸端盖1之间、油缸缸体3与第一活塞242之间、油缸缸体3与杆体241之间均通过普通密封件23连接，其中，油缸端盖1、油缸缸体3与第一活塞242之间的密闭空间为轴压腔；油缸端盖1上设有与轴压腔连通的油缸B口2。第一活塞242远离轴压腔的一侧表面与油缸杆体241形成回复腔，油缸杆体241上设置有与回复腔连通的油缸A口4。围压室上盖6与第二活塞243之间形成平衡腔7，围压室上盖6与杆体241配合的位置设置有两个异形密封件8；围压室上盖6与筒体12配合的位置设置有一个异形密封件8；第二活塞243与筒体12之间设置有一个异形密封件8；杆体241与筒体12之间设置有一个异形密封件8；筒体12与底座13之间设置有一个异形密封件8。所述底座13上还设置有一个围压进出口16。设置异形密封件8的位置均配合设置有一个导套81。
超低渗的渗透速度十分缓慢，单个试验的测试过程都需要几周的时间，本实施例在压力室内部多处安放了普通密封件23与异形密封件8，密封件的合理使用，使得整个设备提高了气密性，尤其是对于大尺度的试件，需要采用大尺寸的三轴压力室，此时异形密封件8在设备中的位置，起到了普通密封件23无法替代的作用，保证液压油不会泄漏，在整个测试周期内能维持围压和轴压。
本实施例的可选方案中，还包括加热圈9，该加热圈9套设在筒体12的外表面上。
本实施例的可选方案中，还包括测试组件；
所述测试组件包括试件上压头21、试件下压头19和样品套10；
所述试件上压头21、所述试件下压头19的一端分别与试件的两端接触，接触部位与所述试件设置在所述样品套10内；所述试件上压头21的另一端与所述杆体241接触；所述试件下压头19的另一端与所述底座13连接。
在上述技术方案中，进一步的，所述底座13上设置有渗流进口14和渗流出口15；
所述渗流进口14与所述试件上压头21之间设置有进口管路11；
所述渗流出口15与所述试件下压头19之间设置有出口管路17。
实施例二
图4为本发明实施例提供的压力室结构的第二种结构示意图。
如图4所示，本实施例提供的所述压力室结构，是对实施例一提供的所述压力室结构的进一步改进，实施例一所描述的技术方案也属于该实施例，实施例一已经描述的技术方案不再重复描述。
具体而言，如图4所示，在本实施例中提供了一种压力室结构，还包括隔热板27；
所述隔热板27设置在所述油缸缸体3和所述围压室上盖6之间。
目前技术没有采用隔热板27将三轴压力室的围压腔和轴压腔隔开而直接对围压腔进行加热，因此会导致热量向上传输至轴压腔，尤其是对于较高的温度，高温会使轴压腔内的液压油黏度降低，影响活塞的加压性能，压力很难提高，同时黏度较低的液压油也容易穿过密封件，形成液压油的泄漏。采用隔热板27将围压腔与轴压腔隔开，避免了这一不利情况的出现。
实施例三
如图5所示，该实施例提供了一种渗透率测试系统，所述渗透率测试系统包括管线气路单元、恒温控制单元、采集控制单元，以及所述的压力室结构；
所述管线气路单元与所述压力室结构连接；所述采集控制单元与所述管线气路单元连接；
所述管线气路单元用于测试所需流体的连通与分隔；所述恒温控制单元用于控制所述管线气路单元和所述压力室结构的温度恒定；所述采集控制单元用于采集和控制所述管线气路单元、所述恒温控制单元及所述压力室结构的压力信息、温度信息和流量信息。
如图5所示，本实施例的可选方案中，所述管线气路单元包括上游压力传感器41a、下游压力传感器41b、压差传感器40和温度传感器42；
具体的，在管线气路单元中，三位三通阀A30的两个口分别与真空泵28和三位三通阀B31的一个口连接，三位三通阀B31的另一个口与流量计29连接；第一注气泵37通过第二阀门33与上游储气罐39a连接，上游压力传感器41a设置在上游进口管路11上，用于控制压力室结构中与渗流进口14连通的进口管路11；第二注气泵38通过第三阀门34与下游储气罐39b连接，下游压力传感器41b设置在下游出口管路17上，用于控制压力室结构中与渗流出口15连通的出口管路17；上游进口管路11和下游出口管路17之间设置有压差传感器40；三位三通阀B31的第三个口通过第一阀门32连接在下游出口管路17上；围压泵44通过第四阀门35与围压腔连通；轴压泵43通过第五阀门36与轴压腔连通；采集控制单元包括采集控制器45，采集控制器45与整个恒温控制单元连接。
实施例四
本实施例提供了一种基于实施例三所述渗透率测试系统的岩石渗流试验方法，主要对超低渗岩石进行测试，包括如下步骤：
步骤1，安装试件：将待测试件20在105℃烘箱中烘烤24小时，冷却后装入样品套10(样品套10为热缩套管)；打开压力室连接螺钉18，抬起筒体12后，将带有样品套10的试件20放置于试件下压头19上，并使试件上压头21部分嵌入到样品套10中，通过热风机加热使样品套10与试件上压头21、试件20及试件下压头19紧密接触；放下筒体12，并拧紧压力室连接螺钉18。
步骤2，注入围压：关闭第一阀门32、第二阀门33、第三阀门34和第五阀门36，打开第四阀门35，使用围压泵44通过围压进出口16给压力室的围压腔注入液压油，待下游压力传感器41b显示达到目标围压值后，停止围压泵44，并关闭第四阀门35。
步骤3，注入轴压：打开第五阀门36，使用轴压泵43通过油缸B口2给三轴压力室的轴压腔注入液压油，待上游压力传感器41a显示达到目标轴压值后，停止轴压泵43，并关闭第五阀门36。
步骤4，抽真空：使用不同种类的气体测量出的渗透率有所差别，一般采用氮气、氦气、甲烷等作为渗流流体，为测量单一种类气体通过试件时试件的渗透率，需要对渗流管路进行抽真空，排除空气的干扰。打开第一阀门32、第二阀门33和第三阀门34，并将三位三通阀A30和三位三通阀B31均置于连通真空泵28的方向，打开真空泵28抽真空24小时后，通过采集控制器45确认渗流管路内部气压已经接近为0，即抽真空符合要求。关闭第一阀门32，关闭真空泵28。
步骤5，加热：利用加热圈9加热压力室筒体12和压力室围压腔内的液压油，待温度传感器42达到目标温度后，通过控制恒温箱46与加热圈9，使压力室温度保持在目标温度。
步骤6，注入气压：打开第二阀门33和第三阀门34，开启第一注气泵37和第二注气泵38，分别给上游储气罐39a、下游储气罐39b注入气体，上、下游气压达到同一个目标压力值后，使注气泵持续运行一段时间，通过采集控制器45观察气压变化，直至试件达到饱和，上、下游气压稳定在目标压力值后，关第三阀门34和第二注气泵38。使用第一注气泵37给试件上游一个目标脉冲压力，然后关闭第二阀门33和第一注气泵37。
步骤7，流体渗透：完成注入气压后，流体自试件上游渗入下游，上游气压逐渐减小，下游气压逐渐增大，直至上、下游气压平衡。在此过程中，采用采集控制器45实时记录上游压力传感器41a、下游压力传感器41b、压差传感器40及温度传感器42采集的信息，并存储于计算机中。
步骤8，排气：单个渗流试验完成后，打开第一阀门32，并将三位三通阀A30置于连通大气的位置，使渗流管路内的气体排出，以进行下一个测试。
步骤9，变参数测试：对于同一个试件，可先不拆样，通过逐次单个改变轴压、围压、温度等参数，重复步骤2-8，测量试件在不同温度、轴压、围压下的渗透率。
步骤10，拆样：单个试样测试全部完成后，打开第一阀门32、第四阀门35和第五阀门36，使渗流管路内气体排出，液压油返回油泵，打开压力室连接螺钉18，抬起压力室筒体12后，拆除试样，可重复步骤1-9进行下一个试件的测试，或直接放下压力室筒体12，并拧紧压力室连接螺钉18，完成试验。
步骤11，数据处理，根据记录的数据，可通过下述方法对渗透率进行计算：
式中，k为渗透率(m2)，c为压力衰减系数，μ为流体黏滞系数(Pa·s)，L为试件20的长度(m)，V1为试件20的上端导管和上游储气罐39a的体积(m3)，V2为试件20的下端导管和下游储气罐39b的体积(m3),pf为压力稳定后试件20两端的平均压力(MPa)，p'0为试验开始时试件20两端的气压(MPa)，Δp'为脉冲压力(MPa)，p′1和p′2分别为试验过程中，t时刻试件20上下两端压力值(MPa)。
实施例五
本实施例提供了一种基于实施例三所述渗透率测试系统的岩石渗流试验方法，主要对高渗透岩石进行测试。
完整的超低渗岩石其渗透率很低，适合脉冲衰减法测量渗透率，但有些超低渗岩石含有裂缝，使得渗透率大大增加，脉冲衰减法不再适用，应当采取稳态法进行测试。因此，为了兼顾对高渗岩石的测量，通过改变一些外部装置，采用该压力室同样可实现对高渗透率的测试。
试验步骤：步骤1-5与实施例四中的步骤1-5描述相同。
步骤6，注入气压：采用稳态法测试时，仅需要使用第一注气泵37给上游加压，下游直接与大气相通。即关闭第三阀门34，打开第一阀门32、第二阀门33和第一注气泵37，并将三位三通阀B31置于流量计29通路，调节泵压，使上游压力传感器41a达到上游目标压力值。
步骤7，流体渗透：完成注入气压后，流体自试件上游渗入下游大气中，观察流量计29，待流量计29稳定为定值后，采用采集控制器45实时记录上游压力传感器41a、温度传感器42及流量计29采集的信息，并存储于计算机中。
步骤8，关闭注气泵：定流量测试一段时间后，即可关闭第一注气泵37，完成单个稳态法渗流测试。
步骤9-10同实施例四中的步骤9-10；
步骤11，数据处理：根据记录的数据，可通过下述方法对渗透率进行计算：
式中，k为渗透率(m2)，Q为流量计29稳定时的流量(m3/s),μ为流体黏滞系数(Pa·s)，L为试件20长度(m)，A为试件20横截面积(m2),p1为上游目标压力值(Pa)，p2为下游压力值，即大气压。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种压力室结构，其特征在于，包括轴压室、围压室和活塞杆；
所述轴压室包括油缸缸体和油缸端盖；所述围压室包括围压室上盖、筒体和底座；所述活塞杆包括杆体、第一活塞和第二活塞；
所述油缸缸体包括第一腔室；所述筒体包括第二腔室、第三腔室和压力连通孔，所述第二腔室和所述第三腔室通过分隔部分隔；所述杆体由所述第一腔室依次穿过所述油缸缸体、所述围压室上盖、所述第二腔室、所述分隔部直至所述第三腔室；所述第一活塞设置在所述第一腔室中；所述第二活塞设置在所述第二腔室中；
所述油缸端盖与所述第一腔室盖合，所述第一活塞与所述油缸端盖之间形成轴压腔；所述围压室上盖与所述第二腔室盖合，所述围压室上盖与所述第二活塞之间形成平衡腔；所述底座与所述第三腔室盖合，所述底座、所述筒体与所述杆体配合后形成围压腔；所述平衡腔与所述围压腔通过压力连通孔连通；
所述油缸缸体固定在所述围压室上盖上；
所述油缸端盖上设有与所述轴压腔连通的油缸B口；所述第一活塞远离所述轴压腔的一侧表面与所述油缸杆体形成回复腔，所述杆体上设置有与所述回复腔连通的油缸A口；所述底座上还设置有与所述围压腔连通的围压进出口；
所述油缸缸体与所述油缸端盖之间、所述油缸缸体与所述第一活塞之间、所述油缸缸体与所述杆体之间均通过第一密封件密封；所述围压室上盖与所述杆体之间、所述围压室上盖与所述筒体之间、所述第二活塞与所述筒体之间、所述杆体与所述分隔部之间、所述筒体与所述底座之间均通过第二密封件密封；
所述第一密封件为普通密封件；所述第二密封件为异形密封件；设置所述第二密封件的位置均配合设置有一个导套；
还包括隔热板；所述隔热板设置在所述油缸缸体和所述围压室上盖之间；
还包括加热圈；所述加热圈套设在所述筒体的外表面上；
还包括测试组件；所述测试组件包括试件上压头、试件下压头和样品套；所述试件上压头、所述试件下压头的一端分别与试件的两端接触，接触部位与所述试件设置在所述样品套内；所述试件上压头的另一端与所述杆体接触；所述试件下压头的另一端与所述底座连接。
2.根据权利要求1所述的压力室结构，其特征在于，所述底座上设置有渗流进口和渗流出口；
所述渗流进口与所述试件上压头之间设置有进口管路；
所述渗流出口与所述试件下压头之间设置有出口管路。
3.一种渗透率测试系统，其特征在于，所述渗透率测试系统包括管线气路单元、恒温控制单元、采集控制单元，以及如权利要求2所述的压力室结构；
所述管线气路单元与所述压力室结构连接；所述采集控制单元与所述管线气路单元连接；
所述管线气路单元用于测试所需流体的连通与分隔；所述恒温控制单元用于控制所述管线气路单元和所述压力室结构的温度恒定；所述采集控制单元用于采集和控制所述管线气路单元、所述恒温控制单元及所述压力室结构的压力信息、温度信息和流量信息。
4.根据权利要求3所述的渗透率测试系统，其特征在于，所述管线气路单元包括上游压力传感器、下游压力传感器、压差传感器和温度传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811057074.3A CN109030318B (zh) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 一种压力室结构和渗透率测试系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811057074.3A CN109030318B (zh) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 一种压力室结构和渗透率测试系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109030318A CN109030318A (zh) | 2018-12-18 |
| CN109030318B true CN109030318B (zh) | 2024-04-02 |
Family
ID=64620902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811057074.3A Active CN109030318B (zh) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 一种压力室结构和渗透率测试系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109030318B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110160885B (zh) * | 2019-06-28 | 2022-06-10 | 辽宁工程技术大学 | 多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法 |
| CN110487703B (zh) * | 2019-10-01 | 2021-12-31 | 太原理工大学 | 低渗煤层瓦斯滑脱系数精确测量方法 |
| CN112855089B (zh) * | 2021-02-01 | 2021-11-30 | 重庆科技学院 | 一种计算二维填砂模型有效渗透率的应用方法 |
| CN113075110A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-06 | 西南石油大学 | 一种岩心驱替实验用多功能精确计量装置 |
| CN113484218B (zh) * | 2021-07-09 | 2022-09-06 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 水合物多孔介质合成装置、渗透率张量测试系统和方法 |
| CN113654968A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-16 | 中国矿业大学 | 一种低渗介质气体渗透性测试装置及其安装、测试方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5253518A (en) * | 1990-08-31 | 1993-10-19 | Exxon Production Research Company | Apparatuses and methods for adjusting a material's fluid content and effective stresses |
| CN101634621A (zh) * | 2009-08-12 | 2010-01-27 | 重庆大学 | 含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置 |
| CN202956307U (zh) * | 2012-07-18 | 2013-05-29 | 山东科技大学 | 三轴压力室的压力自补偿柱塞结构 |
| CN103245597A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-08-14 | 武汉大学 | 低渗岩石瞬态气压脉冲渗透率测量装置及测量方法 |
| CN103983533A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-08-13 | 东北大学 | 一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置及方法 |
| CN203929557U (zh) * | 2014-04-30 | 2014-11-05 | 东北大学 | 一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置 |
| CN203929583U (zh) * | 2014-04-30 | 2014-11-05 | 东北大学 | 一种含气页岩孔隙度和吸附参数的测试装置 |
| CN104749025A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-07-01 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种煤岩宏-细观三轴可视压力室 |
| CN105675469A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-06-15 | 中国矿业大学 | 岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法 |
| CN106151348A (zh) * | 2016-09-24 | 2016-11-23 | 成都中武联创科技有限公司 | 一种高频运动的氮爆装置 |
| CN106323841A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-01-11 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 三轴应力作用下超低渗岩石渗透率测量装置 |
| CN208672488U (zh) * | 2018-09-11 | 2019-03-29 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种压力室结构和渗透率测试系统 |
-
2018
- 2018-09-11 CN CN201811057074.3A patent/CN109030318B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5253518A (en) * | 1990-08-31 | 1993-10-19 | Exxon Production Research Company | Apparatuses and methods for adjusting a material's fluid content and effective stresses |
| CN101634621A (zh) * | 2009-08-12 | 2010-01-27 | 重庆大学 | 含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置 |
| CN202956307U (zh) * | 2012-07-18 | 2013-05-29 | 山东科技大学 | 三轴压力室的压力自补偿柱塞结构 |
| CN103245597A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-08-14 | 武汉大学 | 低渗岩石瞬态气压脉冲渗透率测量装置及测量方法 |
| CN103983533A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-08-13 | 东北大学 | 一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置及方法 |
| CN203929557U (zh) * | 2014-04-30 | 2014-11-05 | 东北大学 | 一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置 |
| CN203929583U (zh) * | 2014-04-30 | 2014-11-05 | 东北大学 | 一种含气页岩孔隙度和吸附参数的测试装置 |
| CN104749025A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-07-01 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种煤岩宏-细观三轴可视压力室 |
| CN105675469A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-06-15 | 中国矿业大学 | 岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法 |
| CN106151348A (zh) * | 2016-09-24 | 2016-11-23 | 成都中武联创科技有限公司 | 一种高频运动的氮爆装置 |
| CN106323841A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-01-11 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 三轴应力作用下超低渗岩石渗透率测量装置 |
| CN208672488U (zh) * | 2018-09-11 | 2019-03-29 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种压力室结构和渗透率测试系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109030318A (zh) | 2018-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109030318B (zh) | 一种压力室结构和渗透率测试系统 | |
| CN111272576A (zh) | 一种新的真三轴压裂渗流试验装置与方法 | |
| CN102445371B (zh) | 水合物沉积物原位生成与分解及其渗透率测量一体化装置 | |
| CN110907334B (zh) | 一种砾岩全直径岩心径向流油水相对渗透率测量装置及方法 | |
| CN206233918U (zh) | 油气井水泥环密封完整性测试装置 | |
| CN103983533B (zh) | 一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置及方法 | |
| CN109459313A (zh) | 真实采动应力影响下煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试方法及系统 | |
| CN107631973B (zh) | 一种超低渗岩样气测渗透率多方法同机测试装置 | |
| CN110160885A (zh) | 多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法 | |
| CN104034644B (zh) | 一种可快速测量孔隙率的多相渗流介质三轴应力渗流耦合试验装置 | |
| CN105466831B (zh) | 一种气体渗透率测试装置 | |
| CN111398130B (zh) | 多维度数据来源的块煤渗透率分析方法、测量装置及方法 | |
| CN102135478A (zh) | 一种测定天然气水合物沉积物体变的三轴试验装置 | |
| CN110749434A (zh) | 取芯器保压舱保压特性试验系统及方法 | |
| CN109470616A (zh) | 岩石多功能渗流测试系统 | |
| Shukla et al. | A novel testing apparatus for hydromechanical investigation of rocks: geo-sequestration of carbon dioxide | |
| CN114518294A (zh) | 一种水泥环密封能力评价装置 | |
| CN208672488U (zh) | 一种压力室结构和渗透率测试系统 | |
| CN107917867A (zh) | 一种多功能岩样测试装置 | |
| CN111323359B (zh) | 一种高压天然气-水系统岩心自发渗吸测量装置及方法 | |
| CN111521537B (zh) | 一种块煤钻进过程的多维数据测量装置 | |
| CN111929214A (zh) | 超声作用下煤层气渗流、煤吸附解吸甲烷实验装置及方法 | |
| CN113624654A (zh) | 岩石孔隙度测量装置及方法 | |
| CN205262912U (zh) | 一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置 | |
| CN209432604U (zh) | 煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |