CN201532351U

CN201532351U - 一种利用变容积压力脉冲法测试岩石气体渗透系数的装置

Info

Publication number: CN201532351U
Application number: CN2009202298005U
Authority: CN
Inventors: 魏厚振; 杨春和; 吴二林; 韦昌富; 颜荣涛; 陈盼
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-11-13

Abstract

本实用新型公开了一种利用变容积压力脉冲法测试岩石气体渗透系数的装置，涉及岩土力学测试装置。本装置包括岩心夹持器(10)，第1、2手动活塞泵(21、22)，环压泵(30)，第1～6标准室(41～46)，对比室(50)，真空泵(60)，气瓶(70)，数据采集器(80)，调压阀(90)，气体压力传感器(Q)，第1、2、3压差传感器(T1、T2、T3)，气压表(B1)，环压表(B2)，高压不锈钢管线(M)和第1～22阀门(V1～V22)。本实用新型可以根据不同试样气体渗透系数确定的不同压力值，设置上下游储气容器大小和比例，选取不同量程的压力传感器，从而最大限度地提高了低渗气性岩石气体渗透系数的测试精度，并较大地缩短了试验测试时间。

Description

一种利用变容积压力脉冲法测试岩石气体渗透系数的装置

技术领域

本实用新型涉及岩土力学测试装置，尤其涉及一种利用变容积压力脉冲法测试岩石气体渗透系数的装置，具体地涉及致密低渗性岩石气体渗透系数的测试装置。

背景技术

岩石气体渗透系数是天然气、煤层气开采与地质储存的理论研究与工程实践分析计算中的一个重要参数。针对岩石、混凝土等介质进行渗透系数测定，其方法是采用对试样两端施加一定的压力差，使得流体在多孔介质中流动模拟与测试其渗透性。根据不同的压力差的施加方法，可分为稳定流与非稳定流方法；稳定流的方法是对试样两端施加恒定的压力差，当试样达到稳定后，根据两端压力差和流量计算试样的渗透系数；非稳定流方法主要有恒流泵法、压力振荡法和压力衰减法，其主要特点是都是在非稳定流状态下进行渗透系数测量的，能大大缩短测试时间，可以大大减少系统泄露与环境温度变化的影响。更为重要的是高精度的压力测试比高精度的流量测量更容易实现，可以大大降低了装置的造价。非稳定流测试方法中的压力衰减法其原理构造简单，并易于实现，目前在针对低渗岩石水的渗透性测试中得到了广泛应用。

在岩石气体渗透性测试研究中，针对渗气系数较大的试样，目前仍较多地是采用稳态法进行测试，该方法对于渗透系数高于10^-17m²的岩石较为准确；但对于渗透系数更低的岩石如完整盐岩(k_g＝10^-20～10wm²)就无法准确快速测试了。因此，针对低渗致密岩石采用压力脉冲法测试可以得到令人满意的结果。压力脉冲法测试岩心气体渗透系数的方法与装置的原理是在试样一端设置一定容积压力储气容器，另一端也安装一压力储气容器或与大气直接连通，然后通过施加一压力脉冲，根据两端压力差随时间变化计算得出试样气体渗透系数。目前，采用的装置其压力储气容器容积固定，且另一端多采用与上游端容积相同或与大气直接连接，而储气容器容积大小应根据试样渗透系数大小所确定的压力值确定，具体地就是渗透系数小，需要采用较大的压力脉冲值，选用较小的容积；对于试验气体为甲烷等危险气体不宜采用下游端直接与大气连通的方式。此外，研究表明，上下游储气容器容积大小比例对渗透系数测试精度有较大影响。

发明内容

本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供了一种利用变容积压力脉冲法测试岩石气体渗透系数的装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

针对于这一问题，本装置主要解决了脉冲法测试致密低渗气性岩石的方法与装置中无法改变上下游储气容器容积大小以及两者容器比例的问题。本装置可以根据不同试样气体渗透系数确定的不同压力值设置上下游储气容器大小和比例。

具体地说，本装置包括岩心夹持器，第1、2手动活塞泵，环压泵，第1～6标准室，对比室，真空泵，气瓶，数据采集器，调压阀，气体压力传感器，第1、2、3压差传感器，气压表，环压表，高压不锈钢管线和第1～22阀门；

该装置的连接与位置关系是：

第1手动活塞泵、第1标准室、第2标准室和第3标准室分别通过第8阀门、第16阀门、第17阀门和第18阀门并联再串联第9阀门后连接到岩心夹持器左端；

第2手动活塞泵、第4标准室、第5标准室和第6标准室分别通过第6阀门、第19阀门、第20阀门和第21阀门并联再串联第5阀门后连接到岩心夹持器右端，选择不同体积的标准室并且调节第1、2手动活塞泵，较精确地调节岩心夹持器左右两端的储气容器(所述储气容器指代两个手动活塞泵及六个标准室的任意组合)的容积大小与比例。

气源、第1阀门、调压阀和气压表依次连接后分为五路：

其中两路分别通过第7阀门和第4阀门与岩心夹持器两端的第9阀门和第5阀门相连；

其中一路通过第2阀门可以对气体放空；

其中一路通过第22阀门和对比室连接；

其中一路通过第3阀门和真空泵连接，对整个装置进行抽真空排杂气处理；

气压传感器通过第9阀门和岩心夹持器左端相连；

第1、2、3压差传感器分别通过第10～15阀门与岩心夹持器(10)两端的第9阀门和第5阀门相连；

气压传感器和第1、2、3压差传感器分别与数据采集器相连。

本实用新型的工作原理是：

通过手动活塞泵和标准室的并联，调节试样两端的标准室体积，在两端充入相同压力的气体，然后通过阀门提高一端的压力，在压力梯度的驱动下，气体由高压端渗过岩心试样进入低压端，最后达到平衡，采集器记录了压力随时间变化的曲线，从而建立起在这种非稳态状态下，标准室中压力降的瞬时速率与岩心试样气体渗透率之间的关系。

本实用新型具有以下优点和积极效果：

①能根据试样不同渗透性选择与调节上下游储气容器容积大小与比例，从而提高测试精度和扩大不同渗气性岩心的适用范围；

②可根据不同压力值选择不同的气体压力和上下游差压传感器量程，从而进一步提高测试精度；

③可利用甲烷等危险气体进行试样渗透系数测试，更加真实准确反映地层实际情况。

总之，本实用新型可以根据不同试样气体渗透系数确定的不同压力值，设置上下游储气容器大小和比例，选取不同量程的压力传感器，从而最大限度地提高了低渗气性岩石气体渗透系数的测试精度，并较大地缩短了试验测试时间。

附图说明

图1为实用新型的结构示意图。

其中：

10-岩心夹持器；

21、22-第1、2手动活塞泵；

30-环压泵；

41～46-第1～6标准室；

50-对比室；

60-真空泵；

70-气瓶；

80-数据采集器；

90-调压阀；

Q-气体压力传感器；

T1、T2、T3-第1、2、3压差传感器；

B1-气压表；

B2-环压表；

M-高压不锈钢管线；

V1～V22-第1～22阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、总体结构

如图1，本装置包括岩心夹持器10，第1、2手动活塞泵21、22，环压泵30，第1～6标准室41～46，对比室50，真空泵60，气瓶70，数据采集器80，调压阀90，气体压力传感器Q，第1、2、3压差传感器T1、T2、T3，气压表B1，环压表B2，高压不锈钢管线M和第1～22阀门V1～V22；

第1手动活塞泵21、第1标准室41、第2标准室42和第3标准室43分别通过第8阀门V8、第16阀门V16、第17阀门V17和第18阀门V18并联再串联第9阀门V9后连接到岩心夹持器10左端；

第2手动活塞泵22、第4标准室44、第5标准室45和第6标准室46分别通过第6阀门V6、第19阀门V19、第20阀门V20和第21阀门V21并联再串联第5阀门V5后连接到岩心夹持器10右端；

气源70、第1阀门V1、调压阀90和气压表B1依次连接后分为五路：

其中两路分别通过第7阀门V7和第4阀门V4与岩心夹持器10两端的第9阀门V9和第5阀门V5相连；

其中一路和第2阀门V2连接；

其中一路通过第22阀门V22和对比室50连接；

其中一路通过第3阀门V3和真空泵60连接；

气压传感器Q通过第9阀门V9和岩心夹持器10左端相连；

第1、2、3压差传感器T1、T2、T3分别通过第10～15阀门V10～V15与岩心夹持器10两端的第9阀门V9和第5阀门V5相连；

气压传感器Q和第1、2、3压差传感器T1、T2、T3分别与数据采集器80相连。

二、功能块或零部件

1、岩心夹持器10

岩心夹持器10是一种常用的岩心夹持工具，起到固定岩心和提供环压的功能。

2、第1、2手动活塞泵21、22

第1、2手动活塞泵21、22是一种常用的高压气体泵。

3、环压泵30

环压泵30是一种常用的高压液体泵。

4、第1～6标准室41～46

第1～6标准室41～46为不同固定体积的不锈钢容器。

5、对比室50

对比室50是一种为固定体积的不锈钢容器。

6、真空泵60

真空泵60是一种常用的真空泵。

7、气瓶70

气瓶70是一种常用的高压气体钢瓶。

8、数据采集器80

数据采集器80是一种常用的压力数据采集器。

9、调压阀90

调压阀90是一种常用的高压气体调节阀。

10、气体压力传感器Q，第1、2、3压差传感器T1、T2、T3，气压表B1，环压表B2，高压不锈钢管线M和第1～22阀门V1～V22均是常用的元器件。

三、实验步骤如下：

①确定储气容器体积

首先选择具有固定体积的标准室，然后通过手动活塞泵，较精确地调节储气容器容积大小与比例。

②检查气密性

关闭第2阀门V2，其它阀门全部打开，往装置中充入氮气至10MPa左右，若能维持压力3～4个小时不变，则表示该装置气密性良好。

③标定标准室体积

在岩心夹持器10中装入实心不锈钢块，在要标定的标准室中装入标准块(具有固定体积的实心不锈钢块)，然后关闭第2阀门V2以及其它标准室(不标定的)出口的阀门，其它阀门都打开，对该标准室及其管路进行抽真空，然后关闭第3阀门V3，真空泵60停泵，得到压力P1，然后打开第22阀门V22，待压力稳定后，得到压力P2；

在标定的标准室中取出标准块，放入另一个体积的标准块，重复上述步骤，得到压力：P3、P4，运用玻意尔定律，就可以算出标准室及其管路体积。

④清除杂气

关闭第1、2阀门V1、V2，其它阀门全部打开，启动真空泵60，运行2个小时左右，关闭第3阀门V3，打开第1阀门V1，往整个装置充入氮气至0.1MPa左右，然后静置2个小时，最后再重复一次抽真空的过程，并再次往整个装置中充入氮气至0.1MPa左右。

⑤试样安装

将待测岩样装进岩心夹持器10的橡皮筒内，并且根据岩心的长短调节螺杆，使岩心塞顶紧岩心，并加环压密封岩样。

⑥调节两端的初始压力

依次打开第4、6、7、8阀门V4、V6、V7、V8及六个标准室中所选取的标准室所对应的阀门，然后打开第1阀门V1，通过调压阀90，使岩心夹持器10两端储气容器达到试验所需的初始压力P₀，再关闭第4阀门V4，微调调压阀90，使岩心夹持器10左端储气容器中压力升高ΔP，最后关闭第7阀门V7。

⑦选择合适量程的压差传感器

根据试验所测量的ΔP的大小，选择合适的压差传感器，并打开相应传感器两边的阀门。

⑧数据采集

打开数据采集器80，然后依次打开第7、4阀门V7、V4，开始采集压力变化的数据，并通过压降与岩心渗透率的关系，计算岩样气体渗透率。

Claims

1.一种利用变容积压力脉冲法测试岩石气体渗透系数的装置，其特征在于：

包括岩心夹持器(10)，第1、2手动活塞泵(21、22)，环压泵(30)，第1～6标准室(41～46)，对比室(50)，真空泵(60)，气瓶(70)，数据采集器(80)，调压阀(90)，气体压力传感器(Q)，第1、2、3压差传感器(T1、T2、T3)，气压表(B1)，环压表(B2)，高压不锈钢管线(M)和第1～22阀门(V1～V22)；

第1手动活塞泵(21)、第1标准室(41)、第2标准室(42)和第3标准室(43)分别通过第8阀门(V8)、第16阀门(V16)、第17阀门(V17)和第18阀门(V18)并联再串联第9阀门(V9)后连接到岩心夹持器(10)左端；

第2手动活塞泵(22)、第4标准室(44)、第5标准室(45)和第6标准室(46)分别通过第6阀门(V6)、第19阀门(V19)、第20阀门(V20)和第21阀门(V21)并联再串联第5阀门(V5)后连接到岩心夹持器(10)右端；

气源(70)、第1阀门(V1)、调压阀(90)和气压表(B1)依次连接后分为五路：

其中两路分别通过第7阀门(V7)和第4阀门(V4)与岩心夹持器(10)两端的第9阀门(V9)和第5阀门(V5)相连；

其中一路连接第2阀门(V2)；

其中一路通过第22阀门(V22)和对比室(50)连接；

其中一路通过第3阀门(V3)和真空泵(60)连接；

气压传感器(Q)通过第9阀门(V9)和岩心夹持器(10)左端相连；

第1、2、3压差传感器(T1、T2、T3)分别通过第10～15阀门(V10～V15)与岩心夹持器(10)两端的第9阀门(V9)和第5阀门(V5)相连；

气压传感器(Q)和第1、2、3压差传感器(T1、T2、T3)分别与数据采集器(80)相连。