CN203178164U - 一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置 - Google Patents

一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置 Download PDF

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CN203178164U CN 201320174606 CN201320174606U CN203178164U CN 203178164 U CN203178164 U CN 203178164U CN 201320174606 CN201320174606 CN 201320174606 CN 201320174606 U CN201320174606 U CN 201320174606U CN 203178164 U CN203178164 U CN 203178164U
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申建
汪岗
韦重韬
傅雪海
金发礼
刘东海
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Abstract

本实用新型涉及一种 覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置 该装置设有一个恒温箱,恒温箱内设有支撑杆、综合夹持器、推进平台、垫块及煤样,综合夹持器的上部设有实验油管,实验油管插入煤样中,实验油管的上部依次连接着电磁阀e、标准室、压力表b、电磁阀c、气压调节器及气体增压泵,所述气体增加泵的进口通过导线与气瓶相连通;实验油管的上部依次连接着压力表c、电磁阀d、水压调节器、液体增压泵及水箱。该装置可以有效模拟深部复杂地层条件下高温高压的地质环境,在同一个实验条件下得到煤岩样品的孔隙度、气水相对渗透率、应力应变曲线、电阻率和声波速度,有效节约了样品、增加了实验数据精度和可对比性,给科研工作带来极大的便利。

Description

一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种煤岩参数的测量装置,尤其是可以在同一个实验条件下一次性得到煤岩样品的孔隙度、气水相对渗透率、应力应变曲线、电阻率及声波速度的一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置。
背景技术
[0002]目前,国内仪器可见到南通市飞宇石油科技开发有限公司开发的QSXS-m型气水相对渗透率测定仪,它可以测定不同温度围压下的煤岩气水相对渗透率;山东中石大石仪科技有限公司开发的高温覆压孔渗透测定仪则可以模拟深部地层高温高压条件,测试相应条件下的煤岩孔隙度和渗透率;南通市海安石油科研仪器有限公司开发的煤岩电声参数全自动测定仪可以测定地层条件下煤岩电阻率和纵波、横波速度。这几种测量仪器各自工作时,虽各有所长,但使用时操作繁琐,易出故障,给科研工作带来极大不便,而且无法实现同时在线监测,使得科研数据难以耦合分析。同时在不同仪器针对同一个样品测试不同参数,在装样和卸样过程中,容易造成样品损害,导致测试结果难以相互对比和印证。另外,煤岩孔隙率-渗透率-应力应变-声波-电阻率联测装置至今未见报道和现成设备销售。
实用新型内容
[0003] 为了解决现有的测量装置无法实现煤岩孔隙率-渗透率-应力应变-声波-电阻率联测的问题,本实用新型提供一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置,该装置可以有效模拟深部复杂地层条件下高温高压的地质环境,利用标准室法、气体流量计、液体流量计、应力应变仪、电阻率仪及声波发射仪,在同一个实验条件下得到煤岩样品的孔隙度、气水相对渗透率、应力应变曲线、电阻率和声波速度,有效节约了样品、增加了实验数据精度和可对比性,提高了工作效率,给科研工作带来极大的便利。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:该覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置设有一个恒温箱,恒温箱的底部设有起支撑作用的底座,恒温箱下部竖直向上设有两个支撑杆,支撑杆的上部设有综合夹持器,综合夹持器内设有推进平台,推进平台的上部设有垫块和煤样,煤样的中心嵌放有应力应变片,煤样的周围裹覆带有胶套的承压壁,综合夹持器的上下两端由电路线连接着电阻率仪和声波仪,综合夹持器下部连接轴压自动加载系统、综合夹持器的侧面连接着围压自动加载系统,综合夹持器的上部设有实验油管,实验油管的下部插入煤样中,实验油管的上部通过导线I依次连接着电磁阀e、标准室、压力表b、电磁阀C、气压调节器及气体增压泵,所述气体增加泵的进口通过导线与气瓶相连通,导线上设有压力表a及电磁阀b,连接气瓶的导线还通过电磁阀a连接着气体加湿器;实验油管的上部通过导线II依次连接着压力表C、电磁阀d、水压调节器、液体增压泵及水箱;所述综合夹持器的底部依次连接着电磁阀f和气液分离器,气液分离器与气体流量计和液体流量计相连通,气液分离器与气体流量计之间的连接管线上设有压力表d,气液分离器与液体流量计之间的连接管线上设有压力表e ;所述综合夹持器的底部与应力应变仪相连通;所述恒温箱的下部与计算机相连通,计算机对测量的数据进行集中采集和处理。
[0005] 该覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置测量使用方法如下:
[0006] 1.样品制备及安装
[0007] 将圆柱形煤样制成Φ50Χ100—规格,将综合夹持器调至上下垂直位置,轴压自动加载系统的推进平台上放上垫块,煤样放在垫块上面,应力应变片分别贴在煤样的纵向和横向两个方向,启动轴压自动加载系统将煤样和垫块送入综合夹持器中顶紧,胶套在围压自动加载系统的驱动作用下夹紧煤样,安装煤样的过程就完成了。
[0008] 煤岩孔隙度测试
[0009] 该装置是利用气体等温变换理论,在一定的温度和围压条件下测试煤样孔隙度的大小,测试气体使用CW4气;具体操作步骤如下:
[0010] I)首先利用特定孔隙度标准块进行孔隙度校正,测量出标准室到综合夹持器这一段的管路的体积马;
[0011] 2)调节恒温箱的温度,根据需要利用轴压自动加载系统和围压自动加载系统加载相应的轴压和围压;
[0012] 3)打开气瓶、电磁阀b、电磁阀C,关闭电磁阀a、电磁阀d、电磁阀e、电磁阀f,气体经气体增压泵、气压调节器流入标准室,此时计算机记录压力表b的值召;
[0013] 4)关闭电磁阀c,打开电磁阀e使气体进入综合夹持器的岩心,待压力表b的值稳定后,计算机记录压力值马;
[0014] 5)计算机利用采集到的 巧和巧的值利用气体玻义耳定律计算该温度压力条件下
孔隙度的大小;计算原理如下:
[0015] 在该测量过程中有如下平衡公式:
rnnir1 m —職+c+κ)
[0016] ------1I h
[0017] K为标准室体积;6为孔隙体积分别为两状态下的温度值,ζ、Ά的值在一次试验中变化不大,默认相等,因此:
rr P^ri rr τ,
[0018] K
尸2
[0019] 孔隙度就可以表示为:
K
[0020] φ =上 y'.\ 00%
[0021] 勾样品的总体积。
[0022] 气水相对渗透率测试
[0023] 该装置是利用中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5345-1999稳态法测试气水相对渗透率,在得知煤样进出口气、水压力、出口气、水流量、煤样的长度及截面积的条件下计算煤样在一定的温度和压力条件下的气水两相相对渗透率的大小;测试气体使用Ch\气,液体使用模拟地层水,具体操作如下:
[0024] 根据达西直线渗流定律,气体和液体单相渗透率可以用下述公式表示,
Figure CN203178164UD00051
[0027] 其中&为气测渗透率,单位mD 为大气压,单位MPa 为大气压下气体流量,单位mL/s ; ^为在测定温度下气体的粘度,单位mPa.s ; ϋ为样品长度,单位cm ;』为样品截面积,单位cirf ; P1为样品进口压力,单位MPa ; 为水单相渗透率,单位mD ;q.„为大气压下水流量,单位mL/s ; μ货为在测定温度下水的粘度,单位mPa.s ;
Figure CN203178164UD00052
[0032] 其中【r„为水的相对渗透率;K为水的有效渗透率,单位mD ; 为绝对渗透率,单位HiD ; ^为气的相对渗透率;[s为气的有效渗透率,单位mD ; A为样品含水饱和度,单位% '为任一时刻的含水样品质量,单位g ; mO为干样品质量,单位g Ί为在测定温度下饱和样品的模拟地层水的密度,单位g/cm3 ;mi为样品饱和模拟地层水后的质量,单位g ;
\力样品含气饱和度,单位% ;其中绝对渗透率则是通入CW4气时的单相渗透率。
[0033])将综合夹持器旋转90度至两端水平,其他链接管线也随之转动;
[0034] 2)打开气瓶、电磁阀b、气体增压泵、液体增压泵、电磁阀C、电磁阀d,电磁阀e、电磁阀f,将气水按照一定比例注入样品;
[0035] 3)调节恒温箱的温度,根据需要利用轴压自动加载系统和围压自动加载系统加载相应的轴压和围压;
[0036] 4)待恒温箱的温度、轴压围压以及流体流动稳定时,测定进出口气、水压力和气、水流量以及含水样品质量;
[0037] 5)计算机根据式公式计算进行处理,得到气、水相渗透率的值。
[0038] 煤岩应力应变测试
[0039] 根据以上孔隙度与气水相对渗透率的测试条件,煤样在轴压自动加载系统和围压自动加载系统所加载压力以及恒温箱所加温度下会产生相应的应力应变,观测应力应变仪的数据显示并及时记录。[0040] 煤岩电阻率测试
[0041] I)打开电阻率仪,将测试导线安装在综合夹持器的两端,点击计算机电阻率监测软件;
[0042] 2)给综合夹持器通入气体,此时打开气瓶、气体增压泵、电磁阀b、电磁阀C、电磁阀e,关闭电磁阀a、电磁阀d、电磁阀f ;
[0043] 3)调节恒温箱的温度,根据需要利用轴压自动加载系统和围压自动加载系统加载相应的轴压和围压;
[0044] 4)待恒温箱的温度、轴压围压以及通入气体的压力表b稳定后,监测电阻率的变化,待电阻率的值稳定后记录。
[0045] 煤岩声波测试
[0046] 声波测试主要利用超声脉冲透射法,测量不同温度压力条件下的纵波和横波沿煤样传播的时间,最后计算煤样的纵波速度和横波速度,测试步骤如下:
[0047] I)打开声波仪,将测试导线安装在综合夹持器的两端,点击计算机声波发射接收控制软件;
[0048] 2)关闭气瓶、气体增压泵、液体增压泵、电磁阀a、电磁阀b、电磁阀C、电磁阀d、电磁阀e及电磁阀f ;
[0049] 3)调节恒温箱的温度,根据需要利用轴压自动加载系统和围压自动加载系统加载相应的轴压和围压;
[0050] 4)待恒温箱的温度、轴压围压稳定后,点击计算机上的声波控制软件发射并接收纵波和横波;
[0051] 5)计算机根据发射和接收到的纵波横波时间差,以及煤样的长度,计算得到该煤样在该温度压力条件下的纵波速度和横波速度,进而根据力学公式计算得到泊松比及弹性模量。
[0052] 本实用新型的有益效果是,该装置可以有效模拟深部复杂地层条件下高温高压的地质环境,利用标准室法、气体流量计、液体流量计、应力应变仪、电阻率仪及声波发射仪,在同一个实验条件下得到煤岩样品的孔隙度、气水相对渗透率、应力应变曲线、电阻率和声波速度,有效节约了样品、增加了实验数据精度和可对比性,有利于数据耦合分析,提高了工作效率,给科研工作带来极大的便利。
附图说明
[0053] 下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。
[0054] 图1是本实用新型的结构原理示意图。
[0055] 图1中,1.气瓶,2.压力表a,3.电磁阀a,4.电磁阀b,5.气压调节器,6.水压调节器,7.电磁阀c,8.电磁阀d,9.压力表b, 10.压力表c, 11.标准室,12.电磁阀e, 13.胶套,14.煤样,15.实验油管,16.综合夹持器,17.恒温箱,18.电阻率仪,19.声波仪,20.压力表d,21.压力表e,22.气体流量计,23.液体流量计,24.计算机,25.应力应变仪,26.气液分离器,27.电磁阀f,28.底座,29.夹持器支撑杆,30.轴压自动加载系统,31.围压自动加载系统,32.推进平台,33.垫块,34.应力应变片,35.气体增压泵,36.液体增压泵,37.气体加湿器,38.水箱。具体实施方式
[0056] 在图1中,该覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置设有一个恒温箱17,恒温箱17的底部设有起支撑作用的底座28,恒温箱17下部竖直向上设有两个支撑杆29,支撑杆29的上部设有综合夹持器16,综合夹持器16内设有推进平台32,推进平台32的上部设有垫块33和煤样14,煤样14的中心嵌放有应力应变片34,煤样14的周围裹覆带有胶套13的承压壁,综合夹持器16的上下两端由电路线连接着电阻率仪18和声波仪19,综合夹持器16下部连接轴压自动加载系统30、综合夹持器16的侧面连接着围压自动加载系统31,综合夹持器16的上部设有实验油管15,实验油管15的下部插入煤样14中,实验油管15的上部通过导线I依次连接着电磁阀el2、标准室11、压力表b9、电磁阀c7、气压调节器5及气体增压泵35,所述气体增加泵35的进口通过导线与气瓶I相连通,导线上设有压力表a2及电磁阀b4,连接气瓶I的导线还通过电磁阀a3连接着气体加湿器37 ;实验油管15的上部通过导线II依次连接着压力表clO、电磁阀d8、水压调节器6、液体增压泵36及水箱38 ;所述综合夹持器16的底部依次连接着电磁阀f27和气液分离器26,气液分离器26与气体流量计22和液体流量计23相连通,气液分离器26与气体流量计22之间的连接管线上设有压力表d20,气液分离器26与液体流量计23之间的连接管线上设有压力表e21 ;所述综合夹持器16的底部与应力应变仪25相连通;所述恒温箱17的下部与计算机24相连通,计算机24对测量的数据进行集中采集和处理。
[0057] 该覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置测量使用方法如下:
[0058] 1.样品制备及安装
[0059] 将圆柱形煤样14制成Φ50Χ100.规格,将综合夹持器16调至上下垂直位置,轴压自动加载系统30的推进平台32上放上垫块33,煤样14放在垫块33上面,应力应变片34分别贴在煤样14的纵向和横向两个方向,启动轴压自动加载系统30将煤样14和垫块33送入综合夹持器16中顶紧,胶套13在围压自动加载系统31的驱动作用下夹紧煤样14,安装煤样14的过程就完成了。
[0060] 煤岩孔隙度测试
[0061] 该装置是利用气体等温变换理论,在一定的温度和围压条件下测试煤样14孔隙度的大小,测试气体使用CZf4气;具体操作步骤如下:
[0062] 首先利用特定孔隙度标准块进行孔隙度校正,测量出标准室11到综合夹持器16这一段的管路的体积忍;
[0063] 调节恒温箱17的温度,根据需要利用轴压自动加载系统30和围压自动加载系统31加载相应的轴压和围压;
[0064] 打开气瓶1、电磁阀b4、电磁阀c7,关闭电磁阀a3、电磁阀d8、电磁阀e 12、电磁阀f27,气体经气体增压泵35、气压调节器5流入标准室11,此时计算机24记录压力表b9的
值召;
[0065] 关闭电磁阀c7,打开电磁阀el2使气体进入综合夹持器16的岩心,待压力表b9的值稳定后,计算机24记录压力值马;[0066] 计算机利用采集到的石和巧的值利用气体玻义耳定律计算该温度压力条件下孔
隙度的大小;计算原理如下:
[0067] 在该测量过程中有如下平衡公式:
[0068]
Figure CN203178164UD00081
[0069] F1为标准室体积力孔隙体积分别为两状态下的温度值,ξ、^的值在一次试验中变化不大,默认相等,因此:
[0070]
Figure CN203178164UD00082
[0071] 孔隙度就可以表示为:
[0072]
Figure CN203178164UD00083
[0073] F3为样品的总体积。
[0074] 气水相对渗透率测试
[0075] 该装置是利用中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5345-1999稳态法测试气水相对渗透率,在得知煤样14进出口气、水压力、出口气、水流量、煤样14的长度及截面积的条件下计算煤样14在一定的温度和压力条件下的气水两相相对渗透率的大小;测试
气体使用CZi4气,液体使用模拟地层水,具体操作如下:
[0076] 根据达西直线渗流定律,气体和液体单相渗透率可以用下述公式表示,
[0078]
Figure CN203178164UD00084
[0079] 其中&为气测渗透率,单位mD ;A为大气压,单位MPa ^力大气压下气体流量,单位mL/s ; 为在测定温度下气体的粘度,单位mPa.s ; £为样品长度,单位cm ; A为样品截面积,单位cm1 ;A为样品进口压力,单位MPa5I为水单相渗透率,单位mD ?力大气压下水流量,单位mL/s ; Μ,为在测定温度下水的粘度,单位mPa.s ;
[0080]
[0081]
Figure CN203178164UD00085
[0083][0084] 其中为水的相对渗透率;K为水的有效渗透率,单位mD ; 为绝对渗透率,单位HiD ; ^为气的相对渗透率;为气的有效渗透率,单位mD 力样品含水饱和度,单位% ^"为任一时刻的含水样品质量,单位g;%为干样品质量,早位g 7为在测定温度下饱和样品的模拟地层水的密度,单位g/cm3 为样品饱和模拟地层水后的质量,单位g ;
β力样品含气饱和度,单位% ;其中绝对渗透率A则是通入CW4气时的单相渗透率。
[0085])将综合夹持器16旋转90度至两端水平,其他链接管线也随之转动;
[0086] 2)打开气瓶1、电磁阀b4、气体增压泵35、液体增压泵36、电磁阀c7、电磁阀d8,电磁阀el2、电磁阀f27,将气水按照一定比例注入样品;
[0087] 3)调节恒温箱17的温度,根据需要利用轴压自动加载系统30和围压自动加载系统31加载相应的轴压和围压;
[0088] 4)待恒温箱17的温度、轴压围压以及流体流动稳定时,测定进出口气、水压力和气、水流量以及含水样品质量;
[0089] 5)计算机根据式公式计算进行处理,得到气、水相渗透率的值。
[0090] 煤岩应力应变测试
[0091] 根据以上孔隙度与 气水相对渗透率的测试条件,煤样14在轴压自动加载系统30和围压自动加载系统31所加载压力以及恒温箱17所加温度下会产生相应的应力应变,观测应力应变仪25的数据显示并及时记录。
[0092] 煤岩电阻率测试
[0093] I)打开电阻率仪18,将测试导线安装在综合夹持器16的两端,点击计算机24电阻率监测软件;
[0094] 2)给综合夹持器16通入气体,此时打开气瓶1、气体增压泵35、电磁阀b4、电磁阀c7、电磁阀el2,关闭电磁阀a3、电磁阀d8、电磁阀f27 ;
[0095] 3)调节恒温箱17的温度,根据需要利用轴压自动加载系统30和围压自动加载系统31加载相应的轴压和围压;
[0096] 4)待恒温箱17的温度、轴压围压以及通入气体的压力表b9稳定后,监测电阻率的变化,待电阻率的值稳定后记录。
[0097] 煤岩声波测试
[0098] 声波测试主要利用超声脉冲透射法,测量不同温度压力条件下的纵波和横波沿煤样14传播的时间,最后计算煤样14的纵波速度和横波速度,测试步骤如下:
[0099] I)打开声波仪19,将测试导线安装在综合夹持器16的两端,点击计算机24声波发射接收控制软件;
[0100] 2)关闭气瓶1、气体增压泵35、液体增压泵36、电磁阀a3、电磁阀b4、电磁阀c7、电磁阀d8、电磁阀el2及电磁阀f27 ;
[0101] 3)调节恒温箱17的温度,根据需要利用轴压自动加载系统30和围压自动加载系统31加载相应的轴压和围压;
[0102] 4)待恒温箱17的温度、轴压围压稳定后,点击计算机24上的声波控制软件发射并接收纵波和横波;
[0103] 5)计算机24根据发射和接收到的纵波横波时间差,以及煤样14的长度,计算得到该煤样14在该温度压力条件下的纵波速度和横波速度,进而根据力学公式计算得到泊松比及弹性模量。

Claims (4)

1.一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置,该覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置设有一个恒温箱(17),恒温箱(17)的底部设有起支撑作用的底座(28),其特征在于,恒温箱(17)下部竖直向上设有两个支撑杆(29),支撑杆(29)的上部设有综合夹持器(16),综合夹持器(16)内设有推进平台(32),推进平台(32)的上部设有垫块(33)和煤样(14),综合夹持器(16)的上下两端由电路线连接着电阻率仪(18)和声波仪(19),综合夹持器(16)下部连接轴压自动加载系统(30)、综合夹持器(16)的侧面连接着围压自动加载系统(31 ),综合夹持器(16)的上部设有实验油管(15),实验油管(15)的下部插入煤样(14)中,实验油管(15)的上部通过导线I依次连接着电磁阀e (12)、标准室(11)、压力表b (9)、电磁阀c (7)、气压调节器(5)及气体增压泵(35),所述气体增加泵(35)的进口通过导线与气瓶(I)相连通,导线上设有压力表a (2)及电磁阀b (4),连接气瓶(I)的导线还通过电磁阀a (3)连接着气体加湿器(37);实验油管(15)的上部通过导线II依次连接着压力表c(10)、电磁阀d (8)、水压调节器(6)、液体增压泵(36)及水箱(38);所述综合夹持器(16)的底部依次连接着电磁阀f (27)和气液分离器(26);所述恒温箱(17)的下部与计算机(24)相连通,计算机(24)对测量的数据进行集中采集和处理。
2.根据权利要求1所述的一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置,其特征在于,所述煤样(14)的中心嵌放有应力应变片(34),煤样(14)的周围裹覆带有胶套(13)的承压壁。
3.根据权利要求1所述的一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置,其特征在于,所述气液分离器(26)与气体流量计(22)和液体流量计(23)相连通,气液分离器(26)与气体流量计(22)之间的连接管线上设有压力表d (20),气液分离器(26)与液体流量计(23)之间的连接管线上设有压力表e (21)。
4.根据权利要求1所述的一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置,其特征在于,所述综合夹持器(16)的底部与应力应变仪(25)相连通。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103163059A (zh) * 2013-04-09 2013-06-19 中国矿业大学 一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置
CN103471976A (zh) * 2013-09-18 2013-12-25 中国科学院广州能源研究所 一种测量含水合物多孔沉积物渗透率的装置
CN103616321A (zh) * 2013-11-11 2014-03-05 大连理工大学 一种气水相对渗透率的X-ray CT测量系统
CN104296804A (zh) * 2014-09-22 2015-01-21 中国矿业大学(北京) 一种充填体破坏失稳前兆信息监测及预警方法
CN106525567A (zh) * 2016-12-26 2017-03-22 大连理工大学 持续水环境与可变温度共同作用下的岩石时效变形试验系统

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