CN113218843A - 一种声电渗等多功能三轴实验系统及方法 - Google Patents

一种声电渗等多功能三轴实验系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种声电渗等多功能三轴实验系统及方法，本发明可以模拟全直径岩心在三轴覆压条件下，不同温度、不同压力的岩石参数测定；可以测定岩石的电阻率、声波传播特性、渗透率、孔隙度等参数，还可以开展进行二氧化碳驱替甲烷、空气驱替甲烷、水驱油等实验；可以模拟水合物的合成与分解；在对于全直径岩心的岩石参数测定中设计了轴压泵，更加符合模拟现场导流能力测试需要；可以进行不同含气饱和度和含水饱和度下岩石电阻率和声波传播性质的测定；可以测试岩石微裂缝对声波转播特性的影响。

Description

一种声电渗等多功能三轴实验系统及方法
技术领域
本发明涉及地热、油气开发等地质能源开发领域，具体涉及一种声电渗等多功能三轴实验系统及方法。
背景技术
近年来，随着常规的油气资源、地热等地质能源的快速消耗以及其开发生产的难度增加，非常规的油气资源的勘探以及开发就显得迫在眉睫。而在非常规油气资源的开发中，准确测定岩样的基本参数是油气开发最重要的工作，特别是对低孔低渗油气藏而言，测定准确的岩样参数，可以为后续制定合适的开采方法提供准确参照。因此对于岩样基本参数的测定和研究显得格外重要。
随着人们对它研究的进一步深入，许多测定系统和方法被提出来，其主要有岩样渗透率测试系统，岩样电阻率测试系统等。但是上述技术存在一些问题：①大多数系统测试功能单一，只能测定一种岩样参数，不能同时测定多种参数；②现有测试设备内部结构较为简单，操作性不强，一般没有考虑地层温度压力等条件，不能准确模拟测定真实地层条件下的岩石电阻率、声波传播性质、渗透率、孔隙度；③现有测试方法忽略了不同含气饱和度和含水饱和度对岩石电阻率、声波传播性质的影响；④现有测试方法忽略了岩石微裂缝对声波转播性质的影响；⑤现有系统专注于岩样参数测定系统的开发，忽略了在相同设备的基础上进行驱替等试验装置的开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种声电渗等多功能三轴实验系统及方法，以克服现有技术中存在的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种声电渗等多功能三轴实验系统，包括用于填装岩样的三轴围压室，三轴围压室的入口端通过预热器和第一回压阀连接至能够单独供二氧化碳、甲烷、空气及液体的气液联合供给装置，所述预热器的出口端和三轴围压室的入口端之间依次连接有第一温度计、第三压力计和第二十阀，所述第一回压阀的侧面依次连接有第二压力计、第十九阀和第三泵，所述预热器的出口端和三轴围压室的入口端之间还连接有氮气供气装置和抽真空装置，且氮气供气装置的管线上并联连接有模型杯、第一标准室和第二标准室，所述三轴围压室的出口端依次通过第三十四阀和第二回压阀连接至液体收集装置和气体收集装置，所述三轴围压室的侧面通过管线依次连接有第六压力计、第三十一阀、第五泵、第三十阀和第二盛水容器，第五泵65的另一个出口依次通过第七压力计和第三十三阀连接至第二回压阀的侧面，所述第七压力计与第三十三阀之间依次通过第三十二阀和第八压力计连接至三轴围压室的出口端；
所述三轴围压室的入口端和出口端之间连接有电阻率测量仪，所述三轴围压室的入口端和出口端之间还依次连接有波形发生器和示波器。
进一步地，所述气液联合供给装置包括气体供给装置和液体供给装置，所述气体供给装置包括用于充空气的第一气瓶、用于充二氧化碳的第二气瓶及用于充甲烷的第三气瓶，所述第一气瓶上连接有第一阀，第一阀上连接有压缩机和第二阀，所述第二气瓶的出口端连接有第三阀，所述第三气瓶的出口端连接有第四阀，所述第三阀的出口端和第四阀的出口端连接至第一气量计，第一气量计的出口端和第二阀的出口端依次通过第一泵、第五阀、第十三阀、第一止回阀、第一压力计和第十八阀连接至第一回压阀，所述液体供给装置连接在第十三阀的入口端和第一止回阀的出口端之间。
进一步地，所述液体供给装置包括第一盛水容器，第一盛水容器的出口端依次连接有第六阀、第一过滤器与第二泵，第二泵15出口分出两条支路：
第一条支路再分出三条支路，其中第一个依次连接第七阀、第一活塞容器、第八阀和第十三阀的入口；第二个依次连接第九阀、第二活塞容器、第十阀和第十三阀的入口；第三个依次连接第十一阀、第三活塞容器、第十二阀和第十三阀的入口；
第二条支路再分出两条支路，其中一个依次连接第十四阀、第四活塞容器、第十五阀和第二止回阀的入口；另一个依次连接第十六阀、第五活塞容器、第十七阀和第二止回阀的入口，第二止回阀的出口连接至第一止回阀的出口端。
进一步地，所述氮气供气装置包括用于充氮气的第四气瓶，第四气瓶的出口端依次通过第二十一阀、第四压力计、第二过滤器、调压阀、第二十二阀、第五压力计、第二温度计及第二十六阀连接至预热器的出口端；
所述第二十二阀与第二十六阀之间分出三条支路：第一条连接第二十三阀和模型杯；第二条连接第二十四阀、第一标准室；第三条连接第二十五阀、第二标准室。
进一步地，所述抽真空装置包括缓冲容器，缓冲容器的底部设置有放空用的第二十七阀；缓冲容器的顶部与第四泵、第二十九阀依次相连；预热器的出口端分出一条支路，通过管线将第二十八阀与缓冲容器顶部依次相连接。
进一步地，所述液体收集装置包括连接在第二回压阀出口端的气液分离器，且第二回压阀出口端与气液分离器的入口端之间设置有第三十五阀，气液分离器底部液体出口通过第三十六阀连接至液体收集器。
进一步地，所述气体收集装置包括依次连接在气液分离器顶部气体出口的第三十七阀、第九压力计、净化器、气体收集泵、第三十八阀、第二气量计和气体收集器。
一种声电渗等多功能三轴实验方法，包括岩心电阻率测量方法、岩心声波传播性质测量方法、岩心渗透率测量方法、岩心孔隙度测量方法、甲烷驱替实验方法、水合物的合成与分解实验方法。
进一步地，当进行岩心渗透率测试时，包括以下步骤：
步骤1.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤1.2：在三轴围压室中装好岩心样品，准备好实验所需气体和液体，将岩样温度、压力加到实验要求的条件；
步骤1.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤1.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤1.5：当利用气体测试岩心渗透率，若进行CO2气测，待CO2进入三轴围压室；打开气体收集装置，记录第三压力计、第八压力计的示数，两个示数之差为ΔP；记录气体收集装置的流量Q，依据以上测量数据及三轴围压室横截面积A、长度尺寸L、流体粘度μ，通过达西定律公式：
Figure BDA0003085396010000041
进行计算，求得渗透率K；
若进行CH4测试、空气测试或氮气测试，操作步骤与上述操作方法同理；
步骤1.6：当利用液体测试岩心渗透率，通过气液联合供给装置供液，待温度、压力达到试验要求，打开液体收集装置，记录第三压力计、第八压力计的示数，两个示数之差为ΔP；记录液体收集装置的流量Q，依据以上测量数据及三轴围压室横截面积A、长度尺寸L、流体粘度μ，通过达西定律公式：
Figure BDA0003085396010000042
进行计算，求得渗透率K；
步骤1.7：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁；
当进行岩心孔隙度测试时，包括以下步骤：
步骤2.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤2.2：模型杯中装好待测试的岩石样品，准备好实验所需气体和液体；
步骤2.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤2.4：测量岩石孔隙度：
测量介质为氮气，原理基于波义耳定律，具体操作步骤如下：待抽真空完毕，关闭所有阀门，打开氮气供气装置，将氮气注入模型杯，待气体充满模型杯，记录压力P1及温度T1；
然后使模型杯的气体部分进入到第一标准室，待压力稳定，记录压力P2及温度T2；
然后使模型杯的气体和第一标准室的气体部分进入第二标准室，待压力稳定后，记录压力P3及温度T3；设定岩样的外观体积为V样通过测量得知，岩样的孔隙体积为V0待求，模型杯的体积为V模、第一标准室的体积V1和第二标准室的体积V2已知，根据克拉伯龙方程：PV＝nRT，n是气体的物质的量，单位摩尔；R是阿伏伽德罗常数，得出以下方程式：
P1(V模-V样+V0)＝nRT1
P2(V0+V1+V模-V样)＝nRT2
P3(V0+V1+V2+V模-V样)＝nRT3
Figure BDA0003085396010000051
依据以上测量数据，联合上述方程进行计算，求得孔隙度
Figure BDA0003085396010000052
步骤2.5：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁；
当进行岩心电阻率测试时，包括以下步骤：
步骤3.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤3.2：在三轴围压室中装好岩心样品，准备好实验所需气体和液体；
步骤3.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤3.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵，先加环压，再加轴压、最后加回压；
当测试气体对岩样电阻率影响时，通过气液联合供给装置单独供设定量的二氧化碳、甲烷或空气到三轴围压室内，待气体气压和三轴围压室的温度和压力达到实验要求且稳定后，利用电阻率测量仪测量岩样在该实验条件下的电阻率；
依据测定的岩石孔隙度，计算出岩样在不同含气饱和度下所含气体体积，通过控制注入气体的体积，从而利用电阻率测量仪测量岩样在不同含气饱和度条件下的电阻率值；
步骤3.6：当测试液体对岩样电阻率影响时，通过气液联合供给装置单独供设定量的液体进入三轴围压室内的岩样孔隙，待三轴围压室的温度和压力稳定后，利用电阻率测量仪测量岩样在该实验条件下的电阻率；
依据测定的岩石孔隙度，计算出岩样在不同含液饱和度下所含液体体积，通过控制注入液体的体积，从而利用电阻率测量仪测量岩样在不同含液饱和度条件下的电阻率值；
步骤3.7：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
进一步地，当进行岩心声波传播性质测试时，包括以下步骤：
步骤4.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤4.2：将三轴围压室中装好岩心样品，准备好实验所需气体和液体；
步骤4.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤4.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤4.5：当测试注入气体对岩样声波传播性质的影响时，通过气液联合供给装置向三轴围压室单独供设定量的二氧化碳、甲烷或空气，待气体气压和三轴围压室的温度和压力达到实验目标条件且稳定后，利用波形发生器及示波器测量岩样在该实验条件下的声波传播性质；
步骤4.6：当测试注入水或者油等液体对岩样声波传播特性的影响时，通过气液联合供给装置向三轴围压室单独供液体，，待三轴围压室的温度和压力稳定后，利用波形发生器及示波器测量岩样在该实验条件下的声波传播性质；
步骤4.7：依据测定的岩石孔隙度，计算出岩样在不同含气饱和度下所含气体体积，通过控制注入气体的体积，从而测算岩样在不同含气饱和度条件下的声波传播特性；
步骤4.8：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁；
当进行驱替试验时，包括以下步骤：
步骤5.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤5.2：将三轴围压室中装好样品，准备好实验所需气体和液体；
步骤5.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤5.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤5.5：先将一定量CH4注入三轴围压室，并计量注入CH4气体体积量V1；
步骤5.6：若进行CO2驱替，通过气液联合供给装置单独供V2体积的CO2到三轴围压室；通过气体收集装置得到从三轴围压室排出CO2和CH4气体总体积量V3，利用气相色谱仪分析气体总体积量V3中CH4含量百分比不再降低且接近于0时，则驱替结束，依据分别注入CH4和CO2的体积量，分析温度、压力、注入排量、岩样特性对驱替效果的影响规律；
若进行空气驱替，步骤与上述方法相同；
步骤5.7：若进行液体驱替，通过气液联合供给装置单独向三轴围压室供液，待三轴围压室内部温度、压力达到试验要求且稳定后，打开第三十四阀，液体从三轴围压室经第二回压阀向液体收集装置流动，通过液体收集装置记录流量V，待驱替结束，分析温度、压力、注入排量、注入液体种类、岩样特性对驱替效果的影响规律；
若进行水驱油，先进行抽真空，先加环压，再加轴压、最后加回压；
然后将第五活塞容器中的油注入适量V4到三轴围压室的岩样孔隙内至饱和，注入油量不小于岩样孔隙体积加管线空间体积，再将第四活塞容器中的水注入适量V5到三轴围压室内进行水驱油实验，对液体收集装置收集的油水混合物体积V6进行油水分离，当V6中的含油质量不再增加时，则驱替实验结束，分析温度、压力、排量、岩样特性对驱替效果的影响；
气驱油、气驱水实验与上述实验原理相似，同理可得；
步骤5.8：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁；
当进行水合物的合成与分解时，包括以下步骤：
步骤6.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤6.2：准备好实验所需气体和液体；
步骤6.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤6.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤6.5：当合成天然气水合物，先将一定量CH4注入三轴围压室；再将与注入CH4的量成预设比例的水注入三轴围压室；待注入的CH4和水在三轴围压室内部充分混合后，根据实验目的需要，降低三轴围压室内部温度、或同时升高三轴围压室内部的压力到适当实验要求条件，即合成天然气水合物；
步骤6.6：当进行二氧化碳水合物的合成，则先将一定量二氧化碳注入三轴围压室；再将预设比例的水注入三轴围压室；待注入的二氧化碳和水在三轴围压室内部充分混合后，根据实验目的需要，降低三轴围压室内部温度、或升高压力到适当实验要求条件，即能制得二氧化碳水合物；
步骤6.7：当进行分解水合物，则将水合物放置在三轴围压室中，升高三轴围压室的温度或降低第五泵压力或将促进水合物分解的化学试剂注入三轴围压室，通过降压或者升温或注入化学试剂的方法促使水合物分解；
步骤6.8：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的声电渗等多功能三轴实验系统具有以下特点：①该系统可以模拟全直径岩心在三轴覆压条件下，不同温度、不同压力的岩石参数测定；②该系统可以测定岩石的电阻率、声波传播特性、渗透率、孔隙度等参数；③该系统可以进行天然气的驱替、水驱油、气驱油、气驱水试验；④该系统可以模拟水合物的合成与分解；⑤该系统和方法在对于全直径岩心的岩石参数测定中设计了轴压泵，更加符合模拟现场导流能力测试的需要；⑥该系统和方法设计了回压泵和回压阀，以此精准模拟介质在裂缝中的运移阻力；⑦该系统可以进行不同含气饱和度和含水饱和度下岩石电阻率和声波传播特性的测定；⑧该系统可以进行岩石微裂缝对声波转播特性的测定。
附图说明
图1为本发明声电渗等多功能三轴实验系统结构示意图。
其中，1压缩机，2第一气瓶，3第一阀，4第二阀，5第二气瓶，6第三阀，7第三气瓶，8第四阀，9第一气量计，10第一泵，11第五阀，12第一盛水容器，13第六阀，14第一过滤器，15第二泵，16第七阀，17第一活塞容器，18第八阀，19第九阀，20第二活塞容器，21第十阀，22第十一阀，23第三活塞容器，24第十二阀，25第十三阀，26第一止回阀，27第十四阀，28第四活塞容器，29第十五阀，30第十六阀，31第五活塞容器，32第十七阀，33第二止回阀，34第一压力计，35第十八阀，36第一回压阀，37第三泵，38第十九阀，39第二压力计，40预热器，41第一温度计，42第三压力计，43第二十阀，44第四气瓶，45第二十一阀，46第四压力计，47第二过滤器，48调压阀，49第二十二阀，50第五压力计，51第二温度计，52模型杯；53第二十三阀；54第一标准室；55第二十四阀；56第二标准室；57第二十五阀；58第二十六阀；59第二十七阀；60缓冲容器；61第二十八阀；62第四泵；63第二十九阀；64三轴围压室；65第五泵；66第二盛水容器；67第三十阀；68第三十一阀；69第六压力计；70第七压力计；71第三十二阀；72第八压力计；73第三十三阀；74第二回压阀；75第三十四阀；76第三十五阀；77气液分离器；78第三十六阀；79液体收集器；80第三十七阀；81第九压力计；82净化器；83气体收集泵；84第三十八阀；85第二气量计；86气体收集器；87电阻率测量仪；88波形发生器；89示波器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明系统中压缩机1与第一阀3、第一气瓶2依次相连。第二气瓶5、第三阀6与第一气量计9的入口依次相连；第三气瓶7、第四阀8与第一气量计9的入口依次相连。压缩机1与第一阀3之间分出一条支路与第二阀4、第一气量计9的出口依次相连。
第二气瓶5装入足够量的CO2，第三气瓶7装入足够量的CH4。
第二阀4与第一气量计9之间分出一条支路，通过管线将第一泵10、第五阀11、第十三阀25、第一止回阀26依次相连；第二止回阀33与第一压力计34之间分出一条支路，通过管线将第一止回阀26的出口相连接。
第二止回阀33与第一压力计34、第十八阀35、第一回压阀36、预热器40、第一温度计41、第三压力计42、第二十阀43和三轴围压室64的入口依次相连。
第一回压阀36的侧面与第二压力计39、第十九阀38、第三泵37依次相连。
第一盛水容器12、第六阀13、第一过滤器14与第二泵15依次相连。第二泵15出口分出两条支路：
第一条支路再分出三条支路，其中第一个依次连接第七阀16、第一活塞容器17、第八阀18和第十三阀25的入口；第二个依次连接第九阀19、第二活塞容器20，第十阀21和第十三阀25的入口；第三个依次连接第十一阀22，第三活塞容器23，第十二阀24和第十三阀25的入口。
第二条支路再分出两条支路，其中一个依次连接第十四阀27、第四活塞容器28、第十五阀29和第二止回阀33的入口；另一个依次连接第十六阀30、第五活塞容器31、第十七阀32和第二止回阀33的入口。
第四活塞容器28中装入足够量的水、第五活塞容器31装入足够量的化学试剂。
第四气瓶44装入足够量的N2，它与第二十一阀45、第四压力计46、第二过滤器47、调压阀48、第二十二阀49、第五压力计50、第二温度计51、第二十六阀58依次相连，预热器40与第一温度计41之间分出一条支路，通过管线将第二十六阀58的出口相连接。
第二十二阀49与第二十六阀58之间分出三条支路：第一条连接第二十三阀53和模型杯52；第二条连接第二十四阀55、第一标准室54；第三条连接第二十五阀57、第二标准室56。
缓冲容器60底部设计有放空用的第二十七阀59；缓冲容器60的顶部与第四泵62、第二十九阀63依次相连；预热器40与第一温度计41之间分出一条支路，通过管线将第二十八阀61与缓冲容器60顶部依次相连接。
三轴围压室64的出口与第三十四阀75、第二回压阀74、第三十五阀76、气液分离器77、第三十七阀80、第九压力计81、净化器82、气体收集泵83、第三十八阀84、第二气量计85、气体收集器86依次相连。
气液分离器77的底部与第三十六阀78、液体收集器79依次相连。
三轴围压室64的侧面通过管线将第六压力计69、第三十一阀68、第五泵65、第三十阀67、第二盛水容器66依次相连。第五泵65的另一个出口与第七压力计70、第三十三阀73、第二回压阀74的侧面依次相连。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
第七压力计70与第三十三阀73之间分出一条支路，通过管线将第三十二阀71、第八压力计72、三轴围压室64的出口依次相连。
三轴围压室64的入口端和出口端之间通过管线将电阻率测量仪87连接。
三轴围压室64的入口端和出口端之间通过管线将波形发生器88、示波器89依次相连。
所述预热器40可以对流经的液体和气体进行加热，使液体和气体达到目标温度，确保模拟的实验效果准确性。
通过调节第五泵65，可设定实验需要的回压、闭合压力和轴压，以达到实验目标压力，确保模拟的实验效果准确性。
系统中关键部分具体描述如下：
A：第一活塞容器17、第二活塞容器20、第三活塞容器23、第四活塞容器28、第五活塞容器31：为保证能实现长导功能，就必须能长时间不间断的供液，因此设计了5套活塞容器便于交替供液，方便操作使用。
B：第一气量计9和第二气量计85可以测量气体流量，用于计量实验系统中一定时间内流经的气体流量。
C：预热器40：在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，需要利用预热器40对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
D：三轴围压室64：均采用高强度不锈钢材料制作，有一定的耐腐蚀性和耐压能力。尺寸较大，可满足极大多数岩样的测试。三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
E：第一回压阀36、第二回压阀74：当三轴围压室64出口压力达到回压阀顶部控制压力时，回压阀自动打开泄压，确保出口压力恒定，模拟介质在裂缝中的运移阻力。
F:第三泵37、第五泵65的压力可根据实验目的自行调节。
G:第三压力计42、第八压力计72都为高精度压力传感器，可精准测量流体压力。
H：电阻率测量仪87：利用管线及岩心塞作电性探头，与周围金属绝缘，用来测量岩心两端的电阻率
I：波形发生器88、示波器89：波形发生器88可发射超声纵波和横波，示波器可一次性获取岩石的纵波速度和横波速度，以及它们的衰减量。
本发明具体实施方式分测量岩心电阻率、测量岩心声波传播性质、测量岩心渗透率、测量岩心孔隙度、甲烷驱替试验、水合物的合成与分解共六种情况介绍如下：
1)若进行岩心渗透率测试，则按照如图所示连接关系，将设备连接完成，实施方式如下：
①检查气密性：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备。
②装样准备实验：三轴围压室64中装好样品，准备好实验所需气体和液体。
③抽真空：关闭第十八阀35、第二十六阀58、第二十七阀59、第三十一阀68、第三十二阀71、第三十四阀75。打开第二十八阀61第二十九阀63，开启第四泵62，对系统内整个管道进行抽真空。
④加闭合压力、加回压、加轴压：待系统抽真空完毕，关闭第二十八阀61第二十九阀63，同时关闭第四泵62。打开第五泵65、第三十二阀71，依据第八压力计72所示示数，待达到实验要求所需轴压，关闭第三十二阀71，打开第三十三阀73、第三十四阀75，待达到实验要求所需回压，关闭第三十三阀73，打开第三十一阀68，待达到实验要求所需环压，关闭三十一阀68。打开第三泵37、第十九阀38依据第二压力计39所示示数，待达到实验要求所需回压，关闭第十九阀38。第五泵65、第三泵37的压力可根据实验目的自行调节。
⑤气测岩心渗透率：如果需要气测岩心渗透率，则关闭第十五阀29、第十三阀25、第十七阀32、第二十六阀58。打开第一泵10、第五阀11、第十八阀35、第二十阀43、第三十四阀75、第三十五阀76、第三十七阀80、第三十八阀84。
若进行CO2气测，则打开第三阀6、第八阀18，第二气瓶5中的CO2注入第一活塞容器17中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第七阀16、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CO2便进入三轴围压室64；
打开气体收集泵83，气体依次流经三轴围压室64、第二回压阀74、气液分离器77、气体收集器86。记录第三压力计42、第八压力计72的示数，两个示数之差为ΔP；记录第二气量计85的示数Q。依据以上测量数据及三轴围压室64截面积A、长度等尺寸L、流体粘度μ等，通过达西定律公式：
Figure BDA0003085396010000151
进行计算，求得渗透率K。
第三压力计42、第八压力计72都为高精度压力传感器，可精准测量流体压力。
第二气量计85可以测量气体流量，用于计量实验系统中一定时间内流经的气体流量。
若进行CH4气测，则打开第四阀8、第十阀21，第三气瓶7中的CH4注入第二活塞容器20中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第九阀19、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CH4便进入三轴围压室64；
打开气体收集泵83，气体依次流经三轴围压室64、第二回压阀74、气液分离器77、气体收集器86。记录第三压力计42、第八压力计72的示数，两个示数之差为ΔP；记录第二气量计85的示数Q。依据以上测量数据及三轴围压室64截面积A、长度等尺寸L、流体粘度μ等，通过达西定律公式：
Figure BDA0003085396010000161
进行计算，求得渗透率K。
第三压力计42、第八压力计72都为高精度压力传感器，可精准测量流体压力。
第二气量计85可以测量气体流量，用于计量实验系统中一定时间内流经的气体流量。
若进行空气气测，则打开第一阀3和压缩机1，关闭第二阀4，待第一气瓶2中装满一定压力下的空气，则关闭压缩机1，打开第二阀4、第十二阀24，第一气瓶2中的空气注入第三活塞容器23中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第十一阀22、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，空气便进入三轴围压室64。
打开气体收集泵83，气体依次流经三轴围压室64、第二回压阀74、气液分离器77、气体收集器86。记录第三压力计42、第八压力计72的示数，两个示数之差为ΔP；记录第二气量计85的示数Q。依据以上测量数据及三轴围压室64截面积A、长度等尺寸L、流体粘度μ等，通过达西定律公式：
Figure BDA0003085396010000162
进行计算，求得渗透率K。
第三压力计42、第八压力计72都为高精度压力传感器，可精准测量流体压力。
第二气量计85可以测量气体流量，用于计量实验系统中一定时间内流经的气体流量。
在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，可利用预热器40对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
⑥液测岩心渗透率：如果需要注入液体测岩心渗透率，则关闭第十三阀25、第二十六阀58，打开第六阀13、第二泵15、第十四阀27、第十五阀29、第十八阀35、第二十阀43、第三十四阀75、第三十五阀76、第三十七阀80、第三十八阀84。之后液体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，液体便进入三轴围压室64。
液体依次流经三轴围压室64、第二回压阀74、气液分离器77，打开第三十六阀78。记录第三压力计42、第八压力计72的示数，两个示数之差为ΔP；记录液体收集器79的示数Q。依据以上测量数据及三轴围压室64截面积A、长度等尺寸L、流体粘度μ等，通过达西定律公式：
Figure BDA0003085396010000171
进行计算，求得渗透率K。
第三压力计42、第八压力计72都为高精度压力传感器，可精准测量流体压力。
液体收集器79可以测量液体体积，用于计量实验系统中一定时间内流经的液体流量。
在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，可利用预热器40对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
⑦清洗设备：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
2)若测试岩心孔隙度测试，则按照如图所示连接关系，将设备连接完成，实施方式如下：
①检查气密性：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备。
②装样准备实验：模型杯52中装好样品，准备好实验所需气体和液体。
③抽真空：关闭第十八阀35、第十九阀38、第二十阀43、第二十一阀45。打开第二十二阀49、第二十三阀53、第二十四阀55、第二十五阀57、第二十六阀58、第二十八阀61第二十九阀63，开启第四泵62，对系统内整个管道进行抽真空。
④测量岩石孔隙度：
测量介质为氮气，原理基于波义耳定律，具体操作步骤如下：待抽真空完毕，关闭所有阀门，打开第二十一阀45，调节调压阀48到适当值，打开第二十二阀49、第二十三阀53。将氮气注入模型杯52，待气体充满模型杯52，利用第五压力计50记录压力P1，利用第二温度计51记录温度T1。
关闭第二十二阀49，打开第二十四阀55，使模型杯52的气体部分进入到第一标准室54。待第五压力计50示数稳定，记录压力P2，利用第二温度计51记录温度T2。
打开第二十五阀57，使模型杯52的气体和第一标准室54的气体部分进入第二标准室56。待第五压力计50示数待稳定后，记录压力P3，利用第二温度计51记录温度T3。设定岩样的外观体积为V样可以测量得知，岩样的孔隙体积为V0待求，模型杯52的体积为V模、第一标准室54的体积V1和第二标准室56的体积V2已知，根据克拉伯龙方程：PV＝nRT，n是气体的物质的量，单位摩尔；R是阿伏伽德罗常数，可以得出以下方程式：
P1(模-V样+V0)＝nRT1
P2(V0+V1+V模-V样)＝nRT2
P3(V0+V1+V2+V模-V样)＝nRT3
Figure BDA0003085396010000191
依据以上测量数据，联合方程进行计算，求得孔隙度
Figure BDA0003085396010000192
⑤清洗设备：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
3)若进行岩心电阻率测试，则按照如图所示连接关系，将设备连接完成，实施方式如下：
①检查气密性：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备。
②装样准备实验：三轴围压室64中装好样品，准备好实验所需气体和液体。
③抽真空：关闭第十八阀35、第二十六阀58、第二十七阀59、第三十一阀68、第三十二阀71、第三十四阀75。打开第二十八阀61第二十九阀63，开启第四泵62，对系统内整个管道进行抽真空。
④加闭合压力、加回压、加轴压：待系统抽真空完毕，关闭第二十八阀61第二十九阀63，同时关闭第四泵62。打开第五泵65、第三十二阀71，依据第八压力计72所示示数，待达到实验要求所需轴压，关闭第三十二阀71，打开第三十三阀73、第三十四阀75，待达到实验要求所需回压，关闭第三十三阀73，打开第三十一阀68，待达到实验要求所需环压，关闭三十一阀68。打开第三泵37、第十九阀38依据第二压力计39所示示数，待达到实验要求所需回压，关闭第十九阀38。
第五泵65、第三泵37的压力可根据实验目的自行调节。
⑤气测电阻率：如果测试气体对岩样电阻率的影响，则关闭第十五阀29、第十三阀25、第十七阀32、第二十六阀58。打开第一泵10、第五阀11、第十八阀35、第二十阀43、第三十四阀75、第三十五阀76、第三十七阀80、第三十八阀84。
若注入CO2测试岩样电阻率，则打开第三阀6、第八阀18，第二气瓶5中的CO2注入第一活塞容器17中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第七阀16、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CO2便进入三轴围压室64；
若注入CH4测试岩样电阻率，则打开第四阀8、第十阀21，第三气瓶7中的CH4注入第二活塞容器20中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第九阀19、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CH4便进入三轴围压室64；
若注入空气测试岩样电阻率，则打开第一阀3和压缩机1关闭第二阀4，待第一气瓶2中装满一定压力下的空气，则关闭压缩机1，打开第二阀4、第十二阀24，第一气瓶2中的空气注入第三活塞容器23中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第十一阀22、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，空气便进入三轴围压室64。
在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，可利用预热器40对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
当气体经过三轴围压室64，待气体气压和三轴围压室64的温度和压力稳定后，可利用电阻率测量仪87测量岩样在该实验条件下的电阻率。
依据测定的岩石孔隙度，及第二气量计85控制注入的气体的体积，可以计算出岩样在该实验条件下的含气饱和度，从而可以测量岩样在不同含气饱和度下的电阻率值。
⑥液测岩样电阻率：如果需要液测电阻率，则关闭第十三阀25、第二十六阀58，打开第六阀13、第二泵15、第十四阀27、第十五阀29、第十八阀35、第二十阀43、第三十四阀75、第三十五阀76、第三十七阀80、第三十八阀84。之后液体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，液体便进入三轴围压室64。
所述预热器40在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，需要对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
当液体经过三轴围压室64，待气体气压和三轴围压室64的温度和压力稳定后，可利用电阻率测量仪87测量岩样在该实验条件下的电阻率。同上可以测试在该实验条件下，不同含液饱和度岩样的电阻率。
⑦清洗设备：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
4)若进行岩心声波传播特性测试，则按照如图所示连接关系，将该系统连接完成，实施方式如下：
①检查气密性：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备。
②装样准备实验：三轴围压室64中装好样品，准备好实验所需气体和液体。
③抽真空：关闭第十八阀35、第二十六阀58、第二十七阀59、第三十一阀68、第三十二阀71、第三十四阀75。打开第二十八阀61第二十九阀63，开启第四泵62，对系统内整个管道进行抽真空。
④加闭合压力、加回压、加轴压：待系统抽真空完毕，关闭第二十八阀61第二十九阀63，同时关闭第四泵62。打开第五泵65、第三十二阀71，依据第八压力计72所示示数，待达到实验要求所需轴压，关闭第三十二阀71，打开第三十三阀73、第三十四阀75，待达到实验要求所需回压，关闭第三十三阀73，打开第三十一阀68，待达到实验要求所需环压，关闭三十一阀68。打开第三泵37、第十九阀38依据第二压力计39所示示数，待达到实验要求所需回压，关闭第十九阀38。
第五泵65、第三泵37的压力可根据实验目的自行调节。
⑤气测声波传播特性：当测试注入气体对岩样声波传播性质的影响时，则关闭第十五阀29、第十三阀25、第十七阀32、第二十六阀58。打开第一泵10、第五阀11、第十八阀35、第二十阀43、第三十四阀75、第三十五阀76、第三十七阀80、第三十八阀84。
若注入CO2气体测试，则打开第三阀6、第八阀18，第二气瓶5中的CO2注入第一活塞容器17中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第七阀16、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CO2便进入三轴围压室64；
若注入CH4气体测试，则打开第四阀8、第十阀21，第三气瓶7中的CH4注入第二活塞容器20中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第九阀19、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CH4便进入三轴围压室64；
若注入空气测试，则打开第一阀3和压缩机1关闭第二阀4，待第一气瓶2中装满一定压力下的空气，则关闭压缩机1，打开第二阀4、第十二阀24，第一气瓶2中的空气注入第三活塞容器23中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第十一阀22、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，空气便进入三轴围压室64。
在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，可利用预热器40对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
当气体经过三轴围压室64，待气体气压和三轴围压室64的温度和压力稳定后，可利用波形发生器88，示波器89测量岩样在该实验条件下的声波传播性质
依据测定的岩石孔隙度，结合第二气量计85计量及控制注入岩样的气体体积，可以计算出岩样在不同含气饱和度，也可以测量岩样在不同含气饱和度条件下的声波传播特性。此外该系统也可以进行岩石微裂缝对声波转播性质的测定。同理，本发明可以测试该实验条件下，声波在不同含液饱和度的岩样中传播规律。
⑥测试注入液体对岩样的声波传播特性：如果需要液测声波传播性质，则关闭第十三阀25、第二十六阀58，打开第六阀13、第二泵15、第十四阀27、第十五阀29、第十八阀35、第二十阀43、第三十四阀75、第三十五阀76、第三十七阀80、第三十八阀84。之后液体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，液体便进入三轴围压室64。
所述预热器40在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，需要对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
当液体经过三轴围压室64，待气体气压和三轴围压室64的温度和压力稳定后，可利用波形发生器88，示波器89测量岩样在该实验条件下的声波传播性质。
⑦清洗设备：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
5)若进行模拟CO2或空气驱替天然气实验，则按照如图所示连接关系，将设备连接完成，实施方式如下：
①检查气密性：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备。
②装样准备实验：三轴围压室64中装好样品，准备好实验所需气体和液体。
③抽真空：关闭第十八阀35、第二十六阀58、第二十七阀59、第三十一阀68、第三十二阀71、第三十四阀75。打开第二十八阀61第二十九阀63，开启第四泵62，对系统内整个管道进行抽真空。
④加闭合压力、加回压、加轴压：待系统抽真空完毕，关闭第二十八阀61第二十九阀63，同时关闭第四泵62。打开第五泵65、第三十二阀71，依据第八压力计72所示示数，待达到实验要求所需轴压，关闭第三十二阀71，打开第三十三阀73、第三十四阀75，待达到实验要求所需回压，关闭第三十三阀73，打开第三十一阀68，待达到实验要求所需环压，关闭三十一阀68。打开第三泵37、第十九阀38依据第二压力计39所示压力值，待达到实验要求所需回压，关闭第十九阀38。
第五泵65、第三泵37的压力可根据实验目的灵活调节。
⑤注入CH4：打开第四阀8、第十阀21，第三气瓶7中的CH4注入第二活塞容器20中，待气体注满后，用第一气量计9计量注入气体流量。关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第九阀19、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CH4便进入三轴围压室64，并计量注入CH4气体体积量V1；
⑥气体驱替：若注入CO2驱替CH4，则打开第三阀6、第八阀18，第二气瓶5中的CO2注入第一活塞容器17中，待气体注满后，用第一气量计9计量注入气体流量。关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第七阀16、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CO2便进入三轴围压室64，并计量注入CO2气体体积量V2；
打开气体收集泵83，气体依次流经三轴围压室64、第二回压阀74、气液分离器77、气体收集器86，记录第二气量计85的示数。利用气相色谱仪分析经三轴围压室64排出混合气体总体积量V3中CH4含量百分比不再降低且接近于0时，则驱替结束，依据分别注入CH4和CO2的体积量，分析温度、压力、注入排量、岩样特性对驱替效果的影响规律；
第一气量计9和第二气量计85可以测量气体流量，用于计量实验系统中一定时间内流经的气体流量。
在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，可利用预热器40对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
若注入空气驱替CH4，则打开第一阀3和压缩机1关闭第二阀4，待第一气瓶2中装满一定压力下的空气，则关闭压缩机1，打开第二阀4、第十二阀24，第一气瓶2中的空气注入第三活塞容器23中，待气体注满后，用第一气量计9计量注入气体流量。关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第十一阀22、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，空气便进入三轴围压室64；并计量注入空气体积量V2。
打开气体收集泵83，气体依次流经三轴围压室64、第二回压阀74、气液分离器77、气体收集器86，记录第二气量计85的示数。通过气体收集装置得到从三轴围压室64排出空气和CH4气体体积量V3，利用气相色谱仪分析经三轴围压室64排出混合气体总体积量V3中CH4含量百分比不再降低且接近于0时，则驱替结束，依据分别注入CH4和空气的体积量，分析温度、压力、注入排量、岩样特性对驱替效果的影响规律；
第二气量计85可以测量气体流量，用于计量实验系统中一定时间内流经的气体流量。
在要求加温试验中，为保证试验在所需温度下进行，可利用预热器40对流体进行预热，确保注入流体与三轴围压室64温度保持一致。
三轴围压室64可以调节温度，将岩样加热到实验需要的目标压力，更好地模拟地层温度条件。
若进行水驱油，先进行抽真空，加闭合压力、加轴压、加回压。
之后把第五活塞容器31顶部的液体更换为石油，用第二泵15将第五活塞容器31顶部的油注入到三轴围压室64的岩样内至饱和，注入油量等于岩样品孔隙体积加管线体积，再将第四活塞容器(28)中的水注入适量V5到三轴围压室(64)内进行水驱油实验，对液体收集装置收集的油水混合物体积V6进行油水分离，当V6中的含油质量不再增加时，则驱替实验结束，分析温度、压力、排量、岩样特性对驱替效果的影响；
气驱油、气驱水实验与上述实验原理相似。
⑦清洗设备：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
6)若进行水合物的合成与分解，则按照如图所示连接关系，将设备连接完成，实施方式如下：
①检查气密性：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备。
②准备实验：准备好实验所需气体和液体。
③抽真空：关闭第十八阀35、第二十六阀58、第二十七阀59、第三十一阀68、第三十二阀71、第三十四阀75。打开第二十八阀61第二十九阀63，开启第四泵62，对系统内整个管道进行抽真空。
④加闭合压力、加回压、加轴压：待系统抽真空完毕，关闭第二十八阀61第二十九阀63，同时关闭第四泵62。打开第五泵65、第三十二阀71，依据第八压力计72所示示数，待达到实验要求所需轴压，关闭第三十二阀71，打开第三十三阀73、第三十四阀75，待达到实验要求所需回压，关闭第三十三阀73，打开第三十一阀68，待达到实验要求所需环压，关闭三十一阀68。打开第三泵37、第十九阀38依据第二压力计39所示示数，待达到实验要求所需回压，关闭第十九阀38。
第五泵65、第三泵37的压力可根据实验目的自行调节。
⑤合成天然气水合物：若进行天然气水合物的合成，则打开第四阀8、第十阀21，第三气瓶7中的一定量CH4注入到第二活塞容器20中，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第九阀19、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CH4便进入三轴围压室64；
待气体注满三轴围压室64，则关闭第十三阀25，打开第十四阀27、第十五阀29、第十八阀35、第二十阀43、第三十四阀75、第三十五阀76、第三十七阀80、第三十八阀84。之后液体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，将与注入CH4的量成预设比例的水注入三轴围压室64。
根据实验目的需要，降低温度、升高压力到适当实验要求条件，便能制得天然气水合物。
⑥合成二氧化碳水合物：若进行二氧化碳水合物的合成，则打开第三阀6、第八阀18，第二气瓶5中的CO2注入适量到第一活塞容器17中，待气体注满后，关闭第一泵10、第五阀11，打开第六阀13、第二泵15、第七阀16、第十三阀25；之后气体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，CO2便进入三轴围压室64；
待气体注满三轴围压室64，则关闭第十三阀25，打开第十四阀27、第十五阀29、第十八阀35、第二十阀43、第三十四阀75、第三十五阀76、第三十七阀80、第三十八阀84。之后液体经过预热器40，待温度、压力达到试验要求，打开第二十阀43，水便进入三轴围压室64。
根据实验目的需要，降低温度、升高压力到适当实验要求条件，便可制得二氧化碳水合物。
⑦分解水合物，若进行分解水合物，则将水合物放置在三轴围压室64中，调节三轴围压室64的温度和第五泵65压力，通过降压或者升温，达到试验所需的温度和压力，打开第三十四阀75、第三十五阀76、第三十六阀78、第三十七阀80、气体收集泵83、第三十八阀84。分解后的混合物经过气液分离器77，液体将会被收集在液体收集器79，气体将会被收集在气体收集器86。
或者将第五活塞容器31中的促进水合物分解的化学试剂注入三轴围压室64，可利用化学试剂促进水合物分解。分解后的混合物经过气液分离器77，液体将会被收集在液体收集器79，气体将会被收集在气体收集器86。
⑧清洗设备：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种声电渗等多功能三轴实验系统，其特征在于，包括用于填装岩样的三轴围压室(64)，三轴围压室(64)的入口端通过预热器(40)和第一回压阀(36)连接至能够单独供二氧化碳、甲烷、空气及液体的气液联合供给装置，所述预热器(40)的出口端和三轴围压室(64)的入口端之间依次连接有第一温度计(41)、第三压力计(42)和第二十阀(43)，所述第一回压阀(36)的侧面依次连接有第二压力计(39)、第十九阀(38)和第三泵(37)，所述预热器(40)的出口端和三轴围压室(64)的入口端之间还连接有氮气供气装置和抽真空装置，且氮气供气装置的管线上并联连接有模型杯(52)、第一标准室(54)和第二标准室(56)，所述三轴围压室(64)的出口端依次通过第三十四阀(75)和第二回压阀(74)连接至液体收集装置和气体收集装置，所述三轴围压室(64)的侧面通过管线依次连接有第六压力计(69)、第三十一阀(68)、第五泵(65)、第三十阀(67)和第二盛水容器(66)，第五泵65的另一个出口依次通过第七压力计(70)和第三十三阀(73)连接至第二回压阀(74)的侧面，所述第七压力计(70)与第三十三阀(73)之间依次通过第三十二阀(71)和第八压力计(72)连接至三轴围压室(64)的出口端；
所述三轴围压室(64)的入口端和出口端之间连接有电阻率测量仪(87)，所述三轴围压室(64)的入口端和出口端之间还依次连接有波形发生器(88)和示波器(89)。
2.根据权利要求1所述的一种声电渗等多功能三轴实验系统，其特征在于，所述气液联合供给装置包括气体供给装置和液体供给装置，所述气体供给装置包括用于充空气的第一气瓶(2)、用于充二氧化碳的第二气瓶(5)及用于充甲烷的第三气瓶(7)，所述第一气瓶(2)上连接有第一阀(3)，第一阀(3)上连接有压缩机(1)和第二阀(4)，所述第二气瓶(5)的出口端连接有第三阀(6)，所述第三气瓶(7)的出口端连接有第四阀(8)，所述第三阀(6)的出口端和第四阀(8)的出口端连接至第一气量计(9)，第一气量计(9)的出口端和第二阀(4)的出口端依次通过第一泵(10)、第五阀(11)、第十三阀(25)、第一止回阀(26)、第一压力计(34)和第十八阀(35)连接至第一回压阀(36)，所述液体供给装置连接在第十三阀(25)的入口端和第一止回阀(26)的出口端之间。
3.根据权利要求2所述的一种声电渗等多功能三轴实验系统，其特征在于，所述液体供给装置包括第一盛水容器(12)，第一盛水容器(12)的出口端依次连接有第六阀(13)、第一过滤器(14)与第二泵(15)，第二泵(15)出口分出两条支路：
第一条支路再分出三条支路，其中第一个依次连接第七阀(16)、第一活塞容器(17)、第八阀(18)和第十三阀(25)的入口；第二个依次连接第九阀(19)、第二活塞容器(20)、第十阀(21)和第十三阀(25)的入口；第三个依次连接第十一阀(22)、第三活塞容器(23)、第十二阀(24)和第十三阀(25)的入口；
第二条支路再分出两条支路，其中一个依次连接第十四阀(27)、第四活塞容器(28)、第十五阀(29)和第二止回阀(33)的入口；另一个依次连接第十六阀(30)、第五活塞容器(31)、第十七阀(32)和第二止回阀(33)的入口，第二止回阀(33)的出口连接至第一止回阀(26)的出口端。
4.根据权利要求1所述的一种声电渗等多功能三轴实验系统，其特征在于，所述氮气供气装置包括用于充氮气的第四气瓶(44)，第四气瓶(44)的出口端依次通过第二十一阀(45)、第四压力计(46)、第二过滤器(47)、调压阀(48)、第二十二阀(49)、第五压力计(50)、第二温度计(51)及第二十六阀(58)连接至预热器(40)的出口端；
所述第二十二阀(49)与第二十六阀(58)之间分出三条支路：第一条连接第二十三阀(53)和模型杯(52)；第二条连接第二十四阀(55)、第一标准室(54)；第三条连接第二十五阀(57)、第二标准室(56)。
5.根据权利要求1所述的一种声电渗等多功能三轴实验系统，其特征在于，所述抽真空装置包括缓冲容器(60)，缓冲容器(60)的底部设置有放空用的第二十七阀(59)；缓冲容器(60)的顶部与第四泵(62)、第二十九阀(63)依次相连；预热器(40)的出口端分出一条支路，通过管线将第二十八阀(61)与缓冲容器(60)顶部依次相连接。
6.根据权利要求1所述的一种声电渗等多功能三轴实验系统，其特征在于，所述液体收集装置包括连接在第二回压阀(74)出口端的气液分离器(77)，且第二回压阀(74)出口端与气液分离器(77)的入口端之间设置有第三十五阀(76)，气液分离器(77)底部液体出口通过第三十六阀(78)连接至液体收集器(79)。
7.根据权利要求6所述的一种声电渗等多功能三轴实验系统，其特征在于，所述气体收集装置包括依次连接在气液分离器(77)顶部气体出口的第三十七阀(80)、第九压力计(81)、净化器(82)、气体收集泵(83)、第三十八阀(84)、第二气量计(85)和气体收集器(86)。
8.一种声电渗等多功能三轴实验方法，采用权利要求1-7任一项所述的一种声电渗等多功能三轴实验系统，其特征在于，包括岩心电阻率测量方法、岩心声波传播性质测量方法、岩心渗透率测量方法、岩心孔隙度测量方法、驱替实验方法、水合物的合成与分解实验方法。
9.根据权利要求8所述的一种声电渗等多功能三轴实验方法，其特征在于，当进行岩心渗透率测试时，包括以下步骤：
步骤1.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤1.2：在三轴围压室(64)中装好岩心样品，准备好实验所需气体和液体，将岩样温度、压力加到实验要求的条件；
步骤1.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤1.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵(65)，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤1.5：当利用气体测试岩心渗透率，若进行CO2气测，待CO2进入三轴围压室(64)；打开气体收集装置，记录第三压力计(42)、第八压力计(72)的示数，两个示数之差为ΔP；记录气体收集装置的流量Q，依据以上测量数据及三轴围压室(64)横截面积A、长度尺寸L、流体粘度μ，通过达西定律公式：
Figure FDA0003085395000000041
进行计算，求得渗透率K；
若进行CH4测试、空气测试或氮气测试，操作步骤与上述操作方法同理；
步骤1.6：当利用液体测试岩心渗透率，通过气液联合供给装置供液，待温度、压力达到试验要求，打开液体收集装置，记录第三压力计(42)、第八压力计(72)的示数，两个示数之差为ΔP；记录液体收集装置的流量Q，依据以上测量数据及三轴围压室(64)横截面积A、长度尺寸L、流体粘度μ，通过达西定律公式：
Figure FDA0003085395000000042
进行计算，求得渗透率K；
步骤1.7：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁；
当进行岩心孔隙度测试时，包括以下步骤：
步骤2.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤2.2：模型杯(52)中装好待测试的岩石样品，准备好实验所需气体和液体；
步骤2.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤2.4：测量岩石孔隙度：
测量介质为氮气，原理基于波义耳定律，具体操作步骤如下：待抽真空完毕，关闭所有阀门，打开氮气供气装置，将氮气注入模型杯(52)，待气体充满模型杯(52)，记录压力P1及温度T1；
然后使模型杯(52)的气体部分进入到第一标准室(54)，待压力稳定，记录压力P2及温度T2；
然后使模型杯(52)的气体和第一标准室(54)的气体部分进入第二标准室(56)，待压力稳定后，记录压力P3及温度T3；设定岩样的外观体积为V样通过测量得知，岩样的孔隙体积为V0待求，模型杯(52)的体积为V模、第一标准室(54)的体积V1和第二标准室(56)的体积V2已知，根据克拉伯龙方程：PV＝nRT，n是气体的物质的量，单位摩尔；R是阿伏伽德罗常数，得出以下方程式：
P1(V模-V样+V0)＝nRT1
P2(V0+V1+V模-V样)＝nRT2
P3(V0+V1+V2+V模-V样)＝nRT3
Figure FDA0003085395000000051
依据以上测量数据，联合上述方程进行计算，求得孔隙度
Figure FDA0003085395000000052
步骤2.5：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁；
当进行岩心电阻率测试时，包括以下步骤：
步骤3.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤3.2：在三轴围压室(64)中装好岩心样品，准备好实验所需气体和液体；
步骤3.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤3.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵(65)，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤3.5：当测试气体对岩样电阻率影响时，通过气液联合供给装置单独供设定量的二氧化碳、甲烷或空气到三轴围压室(64)内，待气体气压和三轴围压室(64)的温度和压力达到实验要求且稳定后，利用电阻率测量仪(87)测量岩样在该实验条件下的电阻率；
依据测定的岩石孔隙度，计算出岩样在不同含气饱和度下所含气体体积，通过控制注入气体的体积，从而利用电阻率测量仪(87)测量岩样在不同含气饱和度条件下的电阻率值；
步骤3.6：当测试液体对岩样电阻率影响时，通过气液联合供给装置单独供设定量的液体进入三轴围压室(64)内的岩样孔隙，待三轴围压室(64)的温度和压力稳定后，利用电阻率测量仪(87)测量岩样在该实验条件下的电阻率；
依据测定的岩石孔隙度，计算出岩样在不同含液饱和度下所含液体体积，通过控制注入液体的体积，从而利用电阻率测量仪(87)测量岩样在不同含液饱和度条件下的电阻率值；
步骤3.7：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
10.根据权利要求8所述的一种声电渗等多功能三轴实验方法，其特征在于，当进行岩心声波传播性质测试时，包括以下步骤：
步骤4.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤4.2：将三轴围压室(64)中装好岩心样品，准备好实验所需气体和液体；
步骤4.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤4.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵(65)，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤4.5：当测试注入气体对岩样声波传播性质的影响时，通过气液联合供给装置向三轴围压室(64)单独供设定量的二氧化碳、甲烷或空气，待气体气压和三轴围压室(64)的温度和压力达到实验目标条件且稳定后，利用波形发生器(88)及示波器(89)测量岩样在该实验条件下的声波传播性质；
步骤4.6：当测试注入水或者油等液体对岩样声波传播特性的影响时，通过气液联合供给装置向三轴围压室(64)单独供液体，待三轴围压室(64)的温度和压力稳定后，利用波形发生器(88)及示波器(89)测量岩样在该实验条件下的声波传播性质；
步骤4.7：依据测定的岩石孔隙度，计算出岩样在不同含气饱和度下所含气体体积，通过控制注入气体的体积，从而测算岩样在不同含气饱和度条件下的声波传播特性；
步骤4.8：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁；
当进行驱替试验时，包括以下步骤：
步骤5.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤5.2：将三轴围压室(64)中装好样品，准备好实验所需气体和液体；
步骤5.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤5.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵(65)，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤5.5：先将一定量CH4注入三轴围压室(64)，并计量注入CH4气体体积量V1；
步骤5.6：若进行CO2驱替，通过气液联合供给装置单独供V2体积的CO2到三轴围压室(64)；通过气体收集装置得到从三轴围压室(64)排出CO2和CH4气体总体积量V3，利用气相色谱仪分析气体总体积量V3中CH4含量百分比不再降低且接近于0时，则驱替结束，依据分别注入CH4和CO2的体积量，分析温度、压力、注入排量、岩样特性对驱替效果的影响规律；
若进行空气驱替，步骤与上述方法相同；
步骤5.7：若进行液体驱替，通过气液联合供给装置单独向三轴围压室(64)供液，待三轴围压室(64)内部温度、压力达到试验要求且稳定后，打开第三十四阀(75)，液体从三轴围压室(64)经第二回压阀(74)向液体收集装置流动，通过液体收集装置记录流量V，待驱替结束，分析温度、压力、注入排量、注入液体种类、岩样特性对驱替效果的影响规律；
若进行水驱油，先进行抽真空，先加环压，再加轴压、最后加回压；
然后将第五活塞容器(31)中的油注入适量V4到三轴围压室(64)的岩样孔隙内至饱和，注入油量不小于岩样孔隙体积加管线空间体积，再将第四活塞容器(28)中的水注入适量V5到三轴围压室(64)内进行水驱油实验，对液体收集装置收集的油水混合物体积V6进行油水分离，当V6中的含油质量不再增加时，则驱替实验结束，分析温度、压力、排量、岩样特性对驱替效果的影响；
气驱油、气驱水实验与上述实验原理相似，同理可得；
步骤5.8：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁；
当进行水合物的合成与分解时，包括以下步骤：
步骤6.1：连接好设备，检查系统气密性，关闭所有阀门，为实验做好准备；
步骤6.2：准备好实验所需气体和液体；
步骤6.3：开启抽真空装置，对系统内整个管道进行抽真空；
步骤6.4：待系统抽真空完毕，打开第五泵(65)，先加环压，再加轴压、最后加回压；
步骤6.5：当合成天然气水合物，先将一定量CH4注入三轴围压室(64)；再将与注入CH4的量成预设比例的水注入三轴围压室(64)；待注入的CH4和水在三轴围压室(64)内部充分混合后，根据实验目的需要，降低三轴围压室(64)内部温度、或同时升高三轴围压室(64)内部的压力到适当实验要求条件，即合成天然气水合物；
步骤6.6：当进行二氧化碳水合物的合成，则先将一定量二氧化碳注入三轴围压室(64)；再将预设比例的水注入三轴围压室(64)；待注入的二氧化碳和水在三轴围压室(64)内部充分混合后，根据实验目的需要，降低三轴围压室(64)内部温度、或升高压力到适当实验要求条件，即能制得二氧化碳水合物；
步骤6.7：当进行分解水合物，则将水合物放置在三轴围压室(64)中，升高三轴围压室(64)的温度或降低第五泵(65)压力或将促进水合物分解的化学试剂注入三轴围压室(64)，通过降压或者升温或注入化学试剂的方法促使水合物分解；
步骤6.8：试验结束后拆卸仪器，并清洗所有容器和管线，保持设备清洁。
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