CN111929223B - 气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置和方法，其中装置包括三轴岩芯夹持器、管路系统、渗流系统、压力系统、阀门系统和数据采集处理系统；方法包括如下步骤：测定致密岩芯的视渗透率；通过保持致密岩芯的轴向位移不变，调节施加于致密岩芯上的轴压和围压，测定致密岩芯的Biot系数；根据测得的Biot系数，保持致密岩芯的有效应力不变，测定气体在致密岩芯中渗流的Klinkenberg系数。该装置和方法可以准确快速地测定气体在致密岩芯中的渗流规律，操作简单，对于致密气藏的勘探开发有着重要的意义。

Description

气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置和方法

技术领域

本发明涉及致密气藏勘探开发技术领域，特别是涉及一种气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置和方法。

背景技术

在我国已探明的天然气藏中，致密气藏的储气量在总储气量中占有相当大的比例，具有广阔的开发前景。研究结果表明，采用常规气藏分析方法去模拟致密气藏的生产动态会使分析结果的准确性大大降低。这是由气体在致密气藏中渗流机理的特殊性造成的，主要体现在以下两个方面：1.气体在致密岩芯中的渗流存在“Klinkenberg”效应，使得其渗流规律偏离达西线性渗流；2.致密岩芯中的大多数孔喉尺寸在纳微米数量级，使得渗流过程中的流-固耦合作用显著。

因此，准确地描述气体在致密气藏中的渗流规律，揭示致密储层渗透性演化机理，对致密气藏的高效开发至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置和方法，用于快速准确地测量致密岩芯视渗透率、Biot系数，以及气体在致密岩芯中渗流时的Klinkenberg系数。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置，包括：

三轴岩芯夹持器，所述三轴岩芯夹持器用于夹持致密岩芯；

管路系统，所述管路系统包括进气管路、出气管路、第一并联管路、第二并联管路和末端支路，所述进气管路的后端与所述三轴岩芯夹持器的进气口相连，所述出气管路的前端与所述三轴岩芯夹持器的出气口相连，所述第一并联管路和第二并联管路并联且两端分别与所述进气管路、所述出气管路相连，所述末端支路的前端与所述出气管路相连且所述末端支路与所述第一并联管路串联；

渗流系统，所述渗流系统包括沿所述进气管路由前至后依次设置的气源、第一气瓶、第二气瓶、第三气瓶，以及沿所述出气管路由前至后依次设置的第四气瓶和第五气瓶；

压力系统，所述压力系统包括静音空气压缩机、轴压泵、围压泵、气体压差开关、气体增压泵和抽真空机，所述轴压泵和所述围压泵分别用于对致密岩芯施加轴压和围压，所述静音空气压缩机设置于所述进气管路上且位于所述气源与所述第一气瓶之间，所述气体压差开关设置于所述第一并联管路上，所述气体增压泵设置于所述第二并联管路上，所述抽真空机设置于所述出气管路的后端；

阀门系统，所述阀门系统包括设置于所述进气管路上的第一开关阀、第二开关阀、减压阀、第三开关阀、第四开关阀和第五开关阀，以及设置于所述出气管路上的第六开关阀、第七开关阀、第八开关阀，以及设置于所述末端支路上的第九开关阀，所述第一开关阀位于所述静音空气压缩机与所述第一气瓶之间，所述第二开关阀、所述减压阀、所述第三开关阀由前至后依次设置于所述第一气瓶与所述第二气瓶之间，所述第四开关阀位于所述第二气瓶与所述第三气瓶之间，所述第五开关阀位于所述第三气瓶与所述三轴岩芯夹持器之间，所述第六开关阀位于所述三轴岩芯夹持器与所述第四气瓶之间，所述第七开关阀位于所述第四气瓶与所述第五气瓶之间，所述第八开关阀位于所述第五气瓶与所述抽真空机之间；

数据采集处理系统，所述数据采集处理系统包括设置于所述进气管路上的第一压力表、第二压力表、设置于所述出气管路上的第三压力表、以及设置于所述三轴岩芯夹持器上的轴向位移传感器，所述第一压力表位于所述第一开关阀与所述第二开关阀之间，所述第二压力表位于所述第四开关阀与所述第五开关阀之间，所述第三压力表位于所述第六开关阀与所述第七开关阀之间，所述轴向位移传感器用于测量并记录致密岩芯的轴向位移，所述第一并联管路的前端位于所述第二气瓶与所述第四开关阀之间，所述第一并联管路的后端位于所述第七开关阀与所述第五气瓶之间。

优选地，所述第一气瓶为2000mL气瓶。

优选地，所述第二气瓶为300mL气瓶。

优选地，所述第三气瓶为15mL气瓶。

优选地，所述第四气瓶为15mL气瓶。

优选地，所述第五气瓶为300mL气瓶。

本发明还公开了一种气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定方法，使用上述的气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置，并包括如下步骤：

S1、检查气密性：将渗流系统中的所有开关关闭；打开三轴岩芯夹持器，将致密岩芯装入三轴岩芯夹持器中，封闭三轴岩芯夹持器；打开轴压泵，将致密岩芯轴压σ_z设定为2MPa；打开围压泵，将致密岩芯围压σ_r设定为2MPa；依次打开气源、第一开关阀和静音空气压缩机，使气源内的气体在静音空气压缩机的作用下注入第一气瓶，通过第一压力表读取第一气瓶中气体的压力，当第一压力表的读数达到5MPa时，依次关闭气源、空气静音压缩机以及第一开关阀；打开第二开关阀，调节减压阀的压力至3MPa，依次打开第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀和第七开关阀，并将气体压差开关的压差值调至最低；等待渗流装置中的气体压力平衡，观察第一压力表、第二压力表和第三压力表的读数，若压力表读数在30min内保持不变，则认为整个试验装置的气密性好，可以满足试验要求并进行试验，若压力表读数不能在30min内保持不变，则需要检查整个试验装置的气密性，直至可满足气密性要求；

S2、抽真空：打开第八开关阀和第九开关阀，将气体排出；关闭第九开关阀，打开抽真空机，将整个装置抽真空；

S3、测试致密岩芯的表观渗透率k，包括如下步骤：

a：关闭第二开关阀、第三开关阀和第八开关阀，打开第一开关阀，打开气源和静音空气压缩机，使气瓶内的气体在静音空气压缩机的作用下注入第一气瓶，通过第一压力表读取第一气瓶中气体的压力，当第一压力表的读数为20MPa左右时，依次关闭气源、空气静音压缩机和第一开关阀；

b：打开第二开关阀，调节减压阀的压力p至p₀，p₀为渗流试验时气体在致密岩芯中的平均压力，打开轴压泵并将致密岩芯的轴压升至σ_z，打开围压泵并将致密岩芯围压升至σ_r，σ_z和σ_r均比p高1MPa；打开第三开关阀；观察第一压力表、第二压力表和第三压力表的读数，当三个压力表的读数为p并在30min内保持不变时，则认为渗流装置内的气体压力达到平衡，并依次关闭第三开关阀、第五开关阀和第六开关阀；读取轴向位移传感器的示数，即在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下致密岩芯的径向位移d_r；

c：将气体压差开关的压差值调至最大，打开增加泵，当气体压差开关自动打开时，关闭增压泵；将气体压差开关的压差值△p设定为0.01p，△p为渗流试验中致密岩芯两端的压差值；等待气体压差开关自动关闭后，关闭第四开关阀和第七开关阀；打开第五开关阀和第六开关阀，气体在压差△p的作用下在致密岩芯中渗流，三轴岩芯夹持器进气口和出气口的气体压力随时间的变化规律通过第二压力表和第三压力表分别记录为p_u(t)和p_d(t)，直至第二压力表和第三压力表的读数为p；

d：确定致密岩芯在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k，k的单位为m²，由以下公式确定：

式中，t为时间，单位为s；β为待定参数，无量纲；μ为气体粘度，单位为Pa·s，L和A分别为致密岩芯的长度和横截面面积，单位分别为m和m²；V为第三气瓶或第四气瓶的容积，单位为m³，第三气瓶和第四气瓶的容积相同；首先根据式(1a)拟合出β的值，再根据式(1b)确定表观渗透率k；

e：依次设定步骤c中的气体压差开关的压差值△p为0.02p和0.03p，重复步骤c，得到在不同压差△p下，致密岩芯进气口和出气口的气体压力随时间的变化曲线，即p_u(t)和p_d(t)；重复步骤d确定致密岩芯在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k；将测得的不同压差△p下的表观渗透率k的平均值视为致密岩芯在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k，求平均值的数据不少于三组；

S4、确定致密岩芯的Biot系数，包括如下步骤：

f：打开第二开关阀，增加减压阀的压力p至p₀+△p₀，△p₀＝1MPa，打开轴压泵将致密岩芯的轴压增加至σ_z+△p₀，打开围压泵将致密岩芯的围压升至σ_r+△p₀；打开第三开关阀和第七开关阀；观察第一压力表、第二压力表和第三压力表的读数，当压力表的读数为p且在30min内保持不变时，认为渗流装置内的气体压力达到平衡；同时调节围压和轴压分别至σ_z+α△p₀和σ_r+α△p₀，0<α≤1，当轴向位移传感器的示数与步骤b中的示数相同时，停止调节围压泵和轴压泵，此时的α即为致密岩芯的Biot系数；重复步骤c、d和e，可得到相同有效应力、不同气体压力p下致密岩芯的表观渗透率k，轴向有效应力σ_ze＝σ_z-αp，径向有效应力σ_re＝σ_r-αp；

g：增大步骤f中的△p₀，△p₀分别选取为2MPa，4MPa，6MPa和8MPa，重复步骤f，得到相同有效应力下的多组p与k的值，轴向有效应力σ_ze＝σ_z-αp，径向有效应力σ_re＝σ_r-αp；

S5、确定气体在致密岩芯中渗流时的Klinkenberg系数B，由以下公式确定：

式中k_∞为致密岩芯的固有渗透率，其确定方法为：以p为横坐标，k为纵坐标，将第四步中得到的相同有效应力下的多组(p，k)数据瞄点并拟合曲线，该曲线的水平渐近线即为k＝k_∞。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的测定装置操作简单，能够快速准确地测量致密岩芯视渗透率、Biot系数，以及气体在致密岩芯中渗流时的Klinkenberg系数，对于致密气藏的勘探开发有着重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本实施例气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置的结构示意图；

图2为氮气在页岩中渗流时三轴岩芯夹持器出气口和进气口的气体压差随时间的变化曲线；

图3为同一有效应力但不同气体压力下的页岩岩芯的视渗透率；

附图标记说明：1-气源；2-静音空气压缩机；3-第一开关阀；4-第一压力表；5-第一气瓶；6-第二开关阀；7-减压阀；8-第三开关阀；9-第二气瓶；10-第四开关阀；11-第三气瓶；12-第二压力表；13-致密岩芯；14-第五开关阀；15-三轴岩芯夹持器；16-轴压泵；17-轴向位移传感器；18-围压泵；19-气体压差开关；20-第六开关阀；21-气体增压泵；22-第三压力表；23-第四气瓶；24-第七开关阀；25-第五气瓶；26-第八开关阀；27-第九开关阀；28-抽真空机；29-渗流试验区域。

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。

本发明的目的是提供一种气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置和方法，用于快速准确地测量致密岩芯视渗透率、Biot系数，以及气体在致密岩芯中渗流时的Klinkenberg系数。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供一种气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置，包括三轴岩芯夹持器15、管路系统、渗流系统、压力系统、阀门系统和数据采集处理系统。

其中，三轴岩芯夹持器15可直接由市场购得，三轴岩芯夹持器15用于夹持致密岩芯13。三轴岩芯夹持器15由夹持器模型围成的内腔和外腔两部分组成，夹持器模型宜为橡胶套的形式，内腔为致密岩芯13放置腔室，外腔为围压施加腔室，夹持器模型具有进气口和出气口。

管路系统包括进气管路、出气管路、第一并联管路、第二并联管路和末端支路。进气管路的后端与三轴岩芯夹持器15的进气口相连，出气管路的前端与三轴岩芯夹持器15的出气口相连。第一并联管路和第二并联管路并联且两端分别与进气管路、出气管路相连，末端支路的前端与出气管路相连且末端支路与第一并联管路串联。

渗流系统包括沿进气管路由前至后依次设置的气源1、第一气瓶5、第二气瓶9、第三气瓶11，以及沿出气管路由前至后依次设置的第四气瓶23和第五气瓶25。气源1用于供应气体，优选为供应氮气，气瓶用于储气，减压阀7用于调节管路内气体压力。

压力系统包括静音空气压缩机2、轴压泵16、围压泵18、气体压差开关19、气体增压泵21和抽真空机28。轴压泵16和围压泵18分别用于对致密岩芯13施加轴压和围压，静音空气压缩机2设置于进气管路上且位于气源1与第一气瓶5之间，气体压差开关19设置于第一并联管路上，气体增压泵21设置于第二并联管路上，抽真空机28设置于出气管路的后端。

阀门系统包括设置于进气管路上的第一开关阀3、第二开关阀6、减压阀7、第三开关阀8、第四开关阀10和第五开关阀14，以及设置于出气管路上的第六开关阀20、第七开关阀24、第八开关阀26，以及设置于末端支路上的第九开关阀27。第一开关阀3位于静音空气压缩机2与第一气瓶5之间，第二开关阀6、减压阀7、第三开关阀8由前至后依次设置于第一气瓶5与第二气瓶9之间，第四开关阀10位于第二气瓶9与第三气瓶11之间，第五开关阀14位于第三气瓶11与三轴岩芯夹持器15之间，第六开关阀20位于三轴岩芯夹持器15与第四气瓶23之间，第七开关阀24位于第四气瓶23与第五气瓶25之间，第八开关阀26位于第五气瓶25与抽真空机28之间。

数据采集处理系统包括设置于进气管路上的第一压力表4、第二压力表12、设置于出气管路上的第三压力表22、以及设置于三轴岩芯夹持器15上的轴向位移传感器17。第一压力表4位于第一开关阀3与第二开关阀6之间，第二压力表12位于第四开关阀10与第五开关阀14之间，第三压力表22位于第六开关阀20与第七开关阀24之间，轴向位移传感器17用于测量并记录致密岩芯13的轴向位移。第一并联管路的前端位于第二气瓶9与第四开关阀10之间，第一并联管路的后端位于第七开关阀24与第五气瓶25之间。

本实施例中，第一气瓶5优选为2000mL气瓶，第二气瓶9优选为300mL气瓶，第三气瓶11优选为15mL气瓶，第四气瓶23优选为15mL气瓶，第五气瓶25优选为300mL气瓶。

如图2和图3所示，本实施例还提供一种气体在致密岩芯13中渗流规律的快速准确测定方法，使用上述的气体在致密岩芯13中渗流规律的快速准确测定装置，其步骤包括：测定致密岩芯13的视渗透率；通过保持致密岩芯13的轴向位移不变，调节施加于致密岩芯13上的轴压和围压，测定致密岩芯13的Biot系数；根据测得的Biot系数，保持致密岩芯13的有效应力不变，测定气体在致密岩芯13中渗流的Klinkenberg系数。其具体步骤如下：

S1、检查气密性：将渗流系统中的所有开关关闭；打开三轴岩芯夹持器15，将致密岩芯13装入三轴岩芯夹持器15中，封闭三轴岩芯夹持器15；打开轴压泵16，将致密岩芯13轴压σ_z设定为2MPa；打开围压泵18，将致密岩芯13围压σ_r设定为2MPa；依次打开气源1、第一开关阀3和静音空气压缩机2，使气源1内的气体在静音空气压缩机2的作用下注入第一气瓶5，通过第一压力表4读取第一气瓶5中气体的压力，当第一压力表4的读数为5MPa左右时(优选为达到5MPa时)，依次关闭气源1、空气静音压缩机以及第一开关阀3；打开第二开关阀6，调节减压阀7的压力至3MPa，依次打开第三开关阀8、第四开关阀10、第五开关阀14、第六开关阀20和第七开关阀24，并将气体压差开关19的压差值调至最低；等待渗流装置(渗流试验区域29内装置)中的气体压力平衡，观察第一压力表4、第二压力表12和第三压力表22的读数，若压力表读数在30min内保持不变，则认为整个试验装置的气密性好，可以满足试验要求并进行试验，若压力表读数不能在30min内保持不变，则需要检查整个试验装置的气密性，直至可满足气密性要求；

S2、抽真空：打开第八开关阀26和第九开关阀27，将渗流装置内气体排出；关闭第九开关阀27，打开抽真空机28，将整个渗流装置抽真空；

S3、测试致密岩芯13的表观渗透率k，包括如下步骤：

a：关闭第二开关阀6、第三开关阀8和第八开关阀26，打开第一开关阀3，打开气源1和静音空气压缩机2，使气瓶内的气体在静音空气压缩机2的作用下注入第一气瓶5，通过第一压力表4读取第一气瓶5中气体的压力，当第一压力表4的读数为20MPa左右时，依次关闭气源1、空气静音压缩机和第一开关阀3；

b：打开第二开关阀6，调节减压阀7的压力p至p₀，p₀为渗流试验时气体在致密岩芯13中的平均压力，打开轴压泵16并将致密岩芯13的轴压升至σ_z，打开围压泵18并将致密岩芯13围压升至σ_r，σ_z和σ_r均比p高1MPa；打开第三开关阀8；观察第一压力表4、第二压力表12和第三压力表22的读数，当三个压力表的读数为p并在30min内保持不变时，则认为渗流装置内的气体压力达到平衡，并依次关闭第三开关阀8、第五开关阀14和第六开关阀20；读取轴向位移传感器17的示数，即在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下致密岩芯13的径向位移d_r；

c：将气体压差开关19的压差值调至最大，打开增加泵，当气体压差开关19自动打开时，关闭增压泵；将气体压差开关19的压差值△p设定为0.01p，△p为渗流试验中致密岩芯13两端的压差值；等待气体压差开关19自动关闭后，关闭第四开关阀10和第七开关阀24；打开第五开关阀14和第六开关阀20，气体在压差△p的作用下在致密岩芯13中渗流，三轴岩芯夹持器15进气口和出气口的气体压力随时间的变化规律通过第二压力表12和第三压力表22分别记录为p_u(t)和p_d(t)，直至第二压力表12和第三压力表22的读数为p；

d：确定致密岩芯13在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k，k的单位为m²，由以下公式确定：

式中，t为时间，单位为s；β为待定参数，无量纲；μ为气体粘度，单位为Pa·s，L和A分别为致密岩芯13的长度和横截面面积，单位分别为m和m²；V为第三气瓶11或第四气瓶23的容积，单位为m³，第三气瓶11和第四气瓶23的容积相同；首先根据式(1a)拟合出β的值，再根据式(1b)确定表观渗透率k；

e：依次设定步骤c中的气体压差开关19的压差值△p为0.02p和0.03p，重复步骤c，得到在不同压差△p下，致密岩芯13进气口和出气口的气体压力随时间的变化曲线，即p_u(t)和p_d(t)；重复步骤d确定致密岩芯13在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k；将测得的不同压差△p下的表观渗透率k的平均值视为致密岩芯13在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k，求平均值的数据不少于三组；

S4、确定致密岩芯13的Biot系数，包括如下步骤：

f：打开第二开关阀6，增加减压阀7的压力p至p₀+△p₀，△p₀＝1MPa，打开轴压泵16将致密岩芯13的轴压增加至σ_z+△p₀，打开围压泵18将致密岩芯13的围压升至σ_r+△p₀；打开第三开关阀8和第七开关阀24；观察第一压力表4、第二压力表12和第三压力表22的读数，当压力表的读数为p且在30min内保持不变时，认为渗流装置内的气体压力达到平衡；同时调节围压和轴压分别至σ_z+α△p₀和σ_r+α△p₀，0<α≤1，当轴向位移传感器17的示数与步骤b中的示数相同时，停止调节围压泵18和轴压泵16，此时的α即为致密岩芯13的Biot系数；重复步骤c、d和e，可得到相同有效应力、不同气体压力p下致密岩芯13的表观渗透率k，轴向有效应力σ_ze＝σ_z-αp，径向有效应力σ_re＝σ_r-αp；

g：增大步骤f中的△p₀，△p₀分别选取为2MPa，4MPa，6MPa和8MPa，重复步骤f，得到相同有效应力下的多组p与k的值，轴向有效应力σ_ze＝σ_z-αp，径向有效应力σ_re＝σ_r-αp；

S5、确定气体在致密岩芯13中渗流时的Klinkenberg系数B，由以下公式确定：

式中k_∞为致密岩芯13的固有渗透率，其确定方法为：以p为横坐标，k为纵坐标，将第四步中得到的相同有效应力下的多组(p，k)数据瞄点并拟合曲线，该曲线的水平渐近线即为k＝k_∞。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定方法，使用气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置；

所述气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定装置包括：

三轴岩芯夹持器，所述三轴岩芯夹持器用于夹持致密岩芯；

管路系统，所述管路系统包括进气管路、出气管路、第一并联管路、第二并联管路和末端支路，所述进气管路的后端与所述三轴岩芯夹持器的进气口相连，所述出气管路的前端与所述三轴岩芯夹持器的出气口相连，所述第一并联管路和第二并联管路并联且两端分别与所述进气管路、所述出气管路相连，所述末端支路的前端与所述出气管路相连且所述末端支路与所述第一并联管路串联；

渗流系统，所述渗流系统包括沿所述进气管路由前至后依次设置的气源、第一气瓶、第二气瓶、第三气瓶，以及沿所述出气管路由前至后依次设置的第四气瓶和第五气瓶；

压力系统，所述压力系统包括静音空气压缩机、轴压泵、围压泵、气体压差开关、气体增压泵和抽真空机，所述轴压泵和所述围压泵分别用于对致密岩芯施加轴压和围压，所述静音空气压缩机设置于所述进气管路上且位于所述气源与所述第一气瓶之间，所述气体压差开关设置于所述第一并联管路上，所述气体增压泵设置于所述第二并联管路上，所述抽真空机设置于所述出气管路的后端；

阀门系统，所述阀门系统包括设置于所述进气管路上的第一开关阀、第二开关阀、减压阀、第三开关阀、第四开关阀和第五开关阀，以及设置于所述出气管路上的第六开关阀、第七开关阀、第八开关阀，以及设置于所述末端支路上的第九开关阀，所述第一开关阀位于所述静音空气压缩机与所述第一气瓶之间，所述第二开关阀、所述减压阀、所述第三开关阀由前至后依次设置于所述第一气瓶与所述第二气瓶之间，所述第四开关阀位于所述第二气瓶与所述第三气瓶之间，所述第五开关阀位于所述第三气瓶与所述三轴岩芯夹持器之间，所述第六开关阀位于所述三轴岩芯夹持器与所述第四气瓶之间，所述第七开关阀位于所述第四气瓶与所述第五气瓶之间，所述第八开关阀位于所述第五气瓶与所述抽真空机之间；

数据采集处理系统，所述数据采集处理系统包括设置于所述进气管路上的第一压力表、第二压力表、设置于所述出气管路上的第三压力表、以及设置于所述三轴岩芯夹持器上的轴向位移传感器，所述第一压力表位于所述第一开关阀与所述第二开关阀之间，所述第二压力表位于所述第四开关阀与所述第五开关阀之间，所述第三压力表位于所述第六开关阀与所述第七开关阀之间，所述轴向位移传感器用于测量并记录致密岩芯的轴向位移，所述第一并联管路的前端位于所述第二气瓶与所述第四开关阀之间，所述第一并联管路的后端位于所述第七开关阀与所述第五气瓶之间；

其特征在于，所述气体在致密岩芯中渗流规律的快速准确测定方法包括如下步骤：

S1、检查气密性：将渗流系统中的所有开关关闭；打开三轴岩芯夹持器，将致密岩芯装入三轴岩芯夹持器中，封闭三轴岩芯夹持器；打开轴压泵，将致密岩芯轴压σ_z设定为2MPa；打开围压泵，将致密岩芯围压σ_r设定为2MPa；依次打开气源、第一开关阀和静音空气压缩机，使气源内的气体在静音空气压缩机的作用下注入第一气瓶，通过第一压力表读取第一气瓶中气体的压力，当第一压力表的读数达到5MPa时，依次关闭气源、空气静音压缩机以及第一开关阀；打开第二开关阀，调节减压阀的压力至3MPa，依次打开第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀和第七开关阀，并将气体压差开关的压差值调至最低；等待渗流装置中的气体压力平衡，观察第一压力表、第二压力表和第三压力表的读数，若压力表读数在30min内保持不变，则认为整个试验装置的气密性好，可以满足试验要求并进行试验，若压力表读数不能在30min内保持不变，则需要检查整个试验装置的气密性，直至可满足气密性要求；

S2、抽真空：打开第八开关阀和第九开关阀，将气体排出；关闭第九开关阀，打开抽真空机，将整个装置抽真空；

S3、测试致密岩芯的表观渗透率k，包括如下步骤：

a：关闭第二开关阀、第三开关阀和第八开关阀，打开第一开关阀，打开气源和静音空气压缩机，使气瓶内的气体在静音空气压缩机的作用下注入第一气瓶，通过第一压力表读取第一气瓶中气体的压力，当第一压力表的读数为20MPa时，依次关闭气源、空气静音压缩机和第一开关阀；

b：打开第二开关阀，调节减压阀的压力p至p₀，p₀为渗流试验时气体在致密岩芯中的平均压力，打开轴压泵并将致密岩芯的轴压升至σ_z，打开围压泵并将致密岩芯围压升至σ_r，σ_z和σ_r均比p高1MPa；打开第三开关阀；观察第一压力表、第二压力表和第三压力表的读数，当三个压力表的读数为p并在30min内保持不变时，则认为渗流装置内的气体压力达到平衡，并依次关闭第三开关阀、第五开关阀和第六开关阀；读取轴向位移传感器的示数，即在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下致密岩芯的径向位移d_r；

c：将气体压差开关的压差值调至最大，打开增加泵，当气体压差开关自动打开时，关闭增压泵；将气体压差开关的压差值△p设定为0.01p，△p为渗流试验中致密岩芯两端的压差值；等待气体压差开关自动关闭后，关闭第四开关阀和第七开关阀；打开第五开关阀和第六开关阀，气体在压差△p的作用下在致密岩芯中渗流，三轴岩芯夹持器进气口和出气口的气体压力随时间的变化规律通过第二压力表和第三压力表分别记录为p_u(t)和p_d(t)，直至第二压力表和第三压力表的读数为p；

d：确定致密岩芯在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k，k的单位为m²，由以下公式确定：

式中，t为时间，单位为s；β为待定参数，无量纲；μ为气体粘度，单位为Pa·s，L和A分别为致密岩芯的长度和横截面面积，单位分别为m和m²；V为第三气瓶或第四气瓶的容积，单位为m³，第三气瓶和第四气瓶的容积相同；首先根据式(1a)拟合出β的值，再根据式(1b)确定表观渗透率k；

e：依次设定步骤c中的气体压差开关的压差值△p为0.02p和0.03p，重复步骤c，得到在不同压差△p下，致密岩芯进气口和出气口的气体压力随时间的变化曲线，即p_u(t)和p_d(t)；重复步骤d确定致密岩芯在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k；将测得的不同压差△p下的表观渗透率k的平均值视为致密岩芯在围压σ_r、轴压σ_z以及气体压力p下的表观渗透率k，求平均值的数据不少于三组；

S4、确定致密岩芯的Biot系数，包括如下步骤：

f：打开第二开关阀，增加减压阀的压力p至p₀+△p₀，△p₀＝1MPa，打开轴压泵将致密岩芯的轴压增加至σ_z+△p₀，打开围压泵将致密岩芯的围压升至σ_r+△p₀；打开第三开关阀和第七开关阀；观察第一压力表、第二压力表和第三压力表的读数，当压力表的读数为p且在30min内保持不变时，认为渗流装置内的气体压力达到平衡；同时调节围压和轴压分别至σ_z+α△p₀和σ_r+α△p₀，0<α≤1，当轴向位移传感器的示数与步骤b中的示数相同时，停止调节围压泵和轴压泵，此时的α即为致密岩芯的Biot系数；重复步骤c、d和e，可得到相同有效应力、不同气体压力p下致密岩芯的表观渗透率k，轴向有效应力σ_ze＝σ_z-αp，径向有效应力σ_re＝σ_r-αp；

g：增大步骤f中的△p₀，△p₀分别选取为2MPa，4MPa，6MPa和8MPa，重复步骤f，得到相同有效应力下的多组p与k的值，轴向有效应力σ_ze＝σ_z-αp，径向有效应力σ_re＝σ_r-αp；

S5、确定气体在致密岩芯中渗流时的Klinkenberg系数B，由以下公式确定：

式中k_∞为致密岩芯的固有渗透率，其确定方法为：以p为横坐标，k为纵坐标，将第四步中得到的相同有效应力下的多组(p，k)数据瞄点并拟合曲线，该曲线的水平渐近线即为k＝k_∞。

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