CN109470616B - 岩石多功能渗流测试系统 - Google Patents

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Abstract

发明提供岩石多功能渗流测试系统。该测试系统包括恒温箱、三轴岩心夹持器、气体增压系统、吸附驱替试验系统、标准室、抽真空装置和数据采集系统。所述恒温箱内壁上布置有加热元件。所述三轴岩心夹持器设置在恒温箱的内腔中。所述三轴岩心夹持器内固定安装岩心样品。所述三轴岩心夹持器顶部连接有加压泵。所述三轴岩心夹持器的两端分别设置有进气口和出气口。所述进气口通过上游管道与气体增压系统连接，出气口通过下游管道与吸附驱替试验系统连接。该测试系统提高了试样轴压、围压和气体注入的稳定性和精确性。

Description

岩石多功能渗流测试系统
技术领域
本发明涉及岩石工程技术领域，特别涉及岩石多功能渗流测试系统。
背景技术
页岩气是指赋存于(泥)页岩中、主体以游离、吸附或溶解方式赋存于页岩及页岩储集层中所夹砂质、粉砂质泥岩地层中的天然气，页岩气主要成分为甲烷，燃烧热值高，无污染，是一种较为理想的非常规新能源。页岩气的大规模开发利用，在一定程度上可以改善我国的能源结构，从而进一步保证国家的能源安全，缓解我国的能源危机。
与传统天然气藏相比，页岩气藏存储空间极为致密，需要采用独特的技术和方法以达到开采目的。因此，在实验室中开展页岩渗流和页岩气吸附及驱替实验具有极其重要的科学意义和工程应用价值。然而，现有的实验仪器一般都只有一个功能，不能实现多种实验，会提高实验的成本，也会带来很多不便。同时，现有岩心驱替实验装置中恒温伴热效果不理想、驱替速度慢和计量统计困难的问题直接影响模拟实验结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供岩石多功能渗流测试系统，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，岩石多功能渗流测试系统，包括恒温箱、三轴岩心夹持器、气体增压系统、吸附驱替试验系统、标准室、抽真空装置和数据采集系统。
所述恒温箱整体为矩形箱体。所述恒温箱内壁上布置有加热元件。
所述三轴岩心夹持器设置在恒温箱的内腔中。所述三轴岩心夹持器内固定安装岩心样品。所述三轴岩心夹持器顶部连接有加压泵。所述三轴岩心夹持器的两端分别设置有进气口和出气口。所述进气口通过上游管道与气体增压系统连接，出气口通过下游管道与吸附驱替试验系统连接。所述上游管道上设置有阀门Ⅰ和阀门Ⅳ。所述下游管道上设置有阀门Ⅵ和阀门Ⅷ。所述上游管道和下游管道通过管路连接，这条管路上设置有阀门Ⅴ。所述气体增压系统和吸附驱替试验系统均布置在恒温箱外。
所述气体增压系统包括通过管道依次连接的气瓶、气体增压泵和气体储罐，以及设置于气瓶与气体增压泵之间管路上的调压阀和空压机。所述气体储罐与上游管道相连。
所述吸附驱替试验系统包括CO2吸收罐和收集容器。所述CO2吸收罐与下游管道相连。
所述标准室布置在恒温箱内腔中。所述标准室整体为一个高压容器。所述标准室的进气口与上游管道相连，出气口通过放空阀与恒温箱外侧连通。所述标准室与上游管道之间的管路上设置有阀门Ⅱ。所述抽真空装置通过放空阀与标准室连接。
所述数据采集系统包括数据采集模块、计算机和数显二次仪表。实验时，数据采集模块实时采集各测点的压力、温度、应变和气体流量数值，并传输至计算机。数据经计算机处理后由二次仪表显示。
进一步，所述恒温箱设置有双开门，门上设有玻璃视窗及门把手。
进一步，所述恒温箱内壁上具有冲压成型的U型槽。所述加热元件布置U型槽内。
进一步，所述数据采集模块包括应变片、位移计、压力传感器、温度传感器、质量流量控制器和差压传感器。所述应变片和位移计在岩心样品上。所述压力传感器用于测量三轴岩心夹持器进气口气体压力、出气口气体压力、环压和轴压。所述温度传感器用于来测量并控制恒温箱内的温度。所述质量流量控制器和差压传感器设置在上游管道和下游管道上。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
1.能够较为真实地模拟页岩真实情况；
2.提高了试样轴压、围压和气体注入的稳定性和精确性。
附图说明
图1为测试系统结构示意图；
图2为测试系统工作示意图。
图中：恒温箱1、三轴岩心夹持器2、气体增压系统3、气瓶301、气体增压泵302、气体储罐303、吸附驱替试验系统4、CO2吸收罐401、收集容器402、加压泵5、上游管道6、下游管道7、标准室8、阀门Ⅰ9、阀门Ⅱ10、放空阀11、阀门Ⅳ12、阀门Ⅴ13、阀门Ⅵ14、阀门Ⅷ15、抽真空装置16。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1和图2，本实施例公开岩石多功能渗流测试系统，包括恒温箱1、三轴岩心夹持器2、气体增压系统3、吸附驱替试验系统4、标准室8、抽真空装置16和数据采集系统。
所述恒温箱1整体为矩形箱体。所述恒温箱1内壁上具有冲压成型的U型槽。所述加热元件布置U型槽内。所述加热元件使恒温箱1内腔的温度趋于均匀，从而保证整个试验在恒温环境的条件下进行。在实际生产中，所述恒温箱1设置有双开门，门上设有玻璃视窗及门把手。
所述三轴岩心夹持器2设置在恒温箱1的内腔中。所述三轴岩心夹持器2内固定安装岩心样品。所述三轴岩心夹持器2顶部连接有加压泵5，可为岩心样品分别施加轴压和围压。所述三轴岩心夹持器2的两端分别设置有进气口和出气口。所述进气口通过上游管道6与气体增压系统3连接，出气口通过下游管道7与吸附驱替试验系统4连接。所述上游管道6上设置有阀门Ⅰ9和阀门Ⅳ12。所述下游管道7上设置有阀门Ⅵ14和阀门Ⅷ15。所述上游管道6和下游管道7通过管路连接，这条管路上设置有阀门Ⅴ13。所述阀门Ⅰ9为气体增压系统3与渗流实验系统的连接阀门，用以控制进气压力。所述阀门Ⅳ12位于三轴岩心夹持器2前侧，控制上游气体进入三轴岩心夹持器2。所述阀门Ⅴ13为上下游连接阀，上下游共用。所述阀门Ⅵ14位于三轴岩心夹持器2后面，双向脉冲实验需要用到。所述阀门Ⅷ15为下游放空阀。所述气体增压系统3和吸附驱替试验系统4均布置在恒温箱1外。
所述气体增压系统3包括通过管道依次连接的气瓶301、气体增压泵302和气体储罐303，以及设置于气瓶与气体增压泵之间管路上的调压阀和空压机。所述气体储罐303与上游管道6相连。
所述吸附驱替试验系统4包括CO2吸收罐401和收集容器402。所述CO2吸收罐401与下游管道7相连。
所述标准室8布置在恒温箱1内腔中。所述标准室8整体为一个高压容器。所述标准室8的进气口与上游管道6相连，出气口通过放空阀与恒温箱1外侧连通。所述标准室8与上游管道6之间的管路上设置有阀门Ⅱ10。所述阀门Ⅱ10为上游放空阀，也可用来抽真空。所述标准室8存放一定量的气体，在吸附、解吸及驱替试验中用于计算页岩的吸附量和解吸量。所述抽真空装置16通过放空阀11与标准室8连接，对测试系统管路进行抽真空，将内部气体抽出。
所述数据采集系统包括数据采集模块、计算机和数显二次仪表。所述数据采集模块包括应变片、位移计、压力传感器、温度传感器、质量流量控制器和差压传感器。所述应变片和位移计在岩心样品上。所述压力传感器用于测量三轴岩心夹持器2进气口气体压力、出气口气体压力、环压和轴压。所述温度传感器用于来测量并控制恒温箱1内的温度。所述质量流量控制器和差压传感器设置在上游管道6和下游管道7上。实验时，数据采集模块实时采集各测点的压力、温度、应变和气体流量数值，并传输至计算机。数据经计算机处理后由二次仪表显示。
在双向脉冲渗流实验时，将岩心样品装入三轴岩心夹持器2固定并加载围压和轴压。关闭所有阀门，通过气体增压系统3加压到所需压力。打开阀门Ⅰ9、阀门Ⅳ12、阀门Ⅴ13和阀门Ⅵ14，通过阀门Ⅰ9控制上下游气体压力，加压到所需的初始压力让气体吸附到页岩岩心样品内。待岩心样品吸附稳定后，关闭阀门Ⅳ12和阀门Ⅵ14，打开阀门Ⅰ9让上游拥有一个瞬态压力ΔΡ，同时打开阀门Ⅷ15让下游释放一个瞬态压力。然后同时打开阀门Ⅳ12和阀门Ⅵ14开始渗流并同时记录数据。待渗流结束后即差压传感器读数稳定后实验结束。
吸附实验的本质是一个加压、平衡，然后再加压的过程循环。吸附实验仅在上游端完成。堵住下游端通道。在夹持器中放置岩样并施加轴压和围压。关闭阀门Ⅳ12，对上游注入气体，使上游气体压力达到所需压力。然后打开阀门Ⅳ12，吸附作用逐渐发生，实时记录上游端气体压力变化。待平衡压力稳定后，吸附作用结束。之后通过逐渐施加孔压使上游气体压力达到实验要求的不同压力点。继续上面的吸附实验。每次吸附完成后计算吸附量，同时也利用应变仪记录吸附过程中试件的应变。
驱替实验过程：首先将甲烷充分吸附的岩样放置在夹持器中，施加轴压和围压。关闭阀门Ⅱ10，打开阀门Ⅰ9并关闭阀门Ⅳ12，上游施加吸附过程相同的孔压，然后同时打开阀门Ⅳ12和阀门Ⅷ15，驱替实验开始。出口端装置一个流量计测得甲烷和二氧化碳混合气体的总流量，再用NaOH溶液吸收混合气体中的CO2，最后用流量计测得甲烷的驱替量。同理也可利用应变仪测量驱替过程中试件的应变。

Claims (2)

1.岩石多功能渗流测试方法，其特征在于：所述岩石多功能渗流测试方法采用如下岩石多功能渗流测试系统进行，所述岩石多功能渗流测试系统包括恒温箱(1)、三轴岩心夹持器(2)、气体增压系统(3)、吸附驱替试验系统(4)、标准室(8)、抽真空装置(16)和数据采集系统；
所述恒温箱(1)整体为矩形箱体；
所述恒温箱(1)内壁上具有冲压成型的U型槽，加热元件布置U型槽内；
所述三轴岩心夹持器(2)设置在恒温箱(1)的内腔中；所述三轴岩心夹持器(2)内固定安装岩心样品；所述三轴岩心夹持器(2)顶部连接有加压泵(5)；所述三轴岩心夹持器(2)的两端分别设置有进气口和出气口；所述进气口通过上游管道(6)与气体增压系统(3)连接，出气口通过下游管道(7)与吸附驱替试验系统(4)连接；所述上游管道(6)上设置有阀门Ⅰ(9)和阀门Ⅳ(12)；所述下游管道(7)上设置有阀门Ⅵ(14)和阀门Ⅷ(15)；所述上游管道(6)和下游管道(7)通过管路连接，这条管路上设置有阀门Ⅴ(13)；所述气体增压系统(3)和吸附驱替试验系统(4)均布置在恒温箱(1)外；
所述气体增压系统(3)包括通过管道依次连接的气瓶(301)、气体增压泵(302)和气体储罐(303)，以及设置于气瓶与气体增压泵之间管路上的调压阀和空压机；所述气体储罐(303)与上游管道(6)相连；
所述吸附驱替试验系统(4)包括CO2吸收罐(401)和收集容器(402)；所述CO2吸收罐(401)与下游管道(7)相连；
所述标准室(8)布置在恒温箱(1)内腔中；所述标准室(8)整体为一个高压容器；所述标准室(8)的进气口与上游管道(6)相连，出气口通过放空阀与恒温箱(1)外侧连通；所述标准室(8)与上游管道(6)之间的管路上设置有阀门Ⅱ(10)；所述抽真空装置(16)通过放空阀(11)与标准室(8)连接；
所述数据采集系统包括数据采集模块、计算机和数显二次仪表；实验时，数据采集模块实时采集各测点的压力、温度、应变和气体流量数值，并传输至计算机；数据经计算机处理后由二次仪表显示；
所述数据采集模块包括应变片、位移计、压力传感器、温度传感器、质量流量控制器和差压传感器；所述应变片和位移计在岩心样品上；所述压力传感器用于测量三轴岩心夹持器(2)进气口气体压力、出气口气体压力、环压和轴压；所述温度传感器用于来测量并控制恒温箱(1)内的温度；所述质量流量控制器和差压传感器设置在上游管道(6)和下游管道(7)上；
所述岩石多功能渗流测试方法包括在双向脉冲渗流实验方法和/或吸附实验方法；
双向脉冲渗流实验方法的步骤为：在双向脉冲渗流实验时，将岩心样品装入三轴岩心夹持器(2)固定并加载围压和轴压；
关闭所有阀门，通过气体增压系统3加压到所需压力；
打开阀门Ⅰ(9)、阀门Ⅳ(12)、阀门Ⅴ(13)和阀门Ⅵ14，通过阀门Ⅰ(9)控制上下游气体压力，加压到所需的初始压力让气体吸附到页岩岩心样品内；待岩心样品吸附稳定后，关闭阀门Ⅳ(12)和阀门Ⅵ(14)，打开阀门Ⅰ(9)让上游管道(6)内拥有一个瞬态压力ΔΡ，同时打开阀门Ⅷ(15)让下游管道(7)释放一个瞬态压力，然后同时打开阀门Ⅳ(12)和阀门Ⅵ(14)开始渗流并同时记录数据，待渗流结束后即差压传感器读数稳定后双向脉冲渗流实验结束；
所述吸附实验方法的步骤为：吸附实验仅在上游管道(6)端完成，将岩心样品装入三轴岩心夹持器(2)固定并加载围压和轴压；关闭阀门Ⅳ(12)，对上游管道(6)注入气体，使上游管道(6)气体压力达到所需压力，然后打开阀门Ⅳ(12)，吸附作用逐渐发生，实时记录上游端气体压力变化，待平衡压力稳定后，吸附作用结束；
之后通过逐渐施压使上游管道(6)气体压力达到实验要求的不同压力点，继续重复的吸附实验，每次吸附完成后计算吸附量。
2.根据权利要求1所述的岩石多功能渗流测试系统，其特征在于：所述恒温箱(1)设置有双开门，门上设有玻璃视窗及门把手。
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