WO2020151138A1 - 一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法 - Google Patents

一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法 Download PDF

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韩江
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Definitions

  • the invention relates to the technical field of coal mine production, in particular to a gas-liquid two-phase saturated coal and rock sample experimental device and a saturation test method.
  • the present invention provides a gas-liquid two-phase saturated coal and rock sample experimental device and a saturation test method.
  • the ultrasonic high-frequency oscillation generator is used to atomize the traditional liquid fluid into nanometer-sized Liquid particles enter the pores (cracks) inside the coal rock through the pressure difference and are fully saturated.
  • the water saturation of the coal and rock samples is determined by the quality difference method and the humidity difference.
  • the coal can be determined by the methane concentration difference method. The degree of gas saturation of the rock sample.
  • a gas-liquid two-phase saturated coal and rock sample experimental device including a core holder, the two ends of the core holder are respectively connected with a fluid inlet device and a fluid discharge device through a dense copper pipe Device;
  • the fluid inlet device includes a main device box and a plurality of gas-liquid pressurized tanks, the main device box is provided with a humidity detector, a pressure detector and a methane concentration detector, the gas-liquid pressurized tank It includes a gas booster tank and a liquid booster tank;
  • the fluid discharge device includes a main device tank two and a vacuum pump.
  • the main device tank two is provided with a humidity detector, a pressure detector and a methane concentration detector.
  • the vacuum pump is used to create a low-pressure environment in the second main unit box.
  • the gas booster tank is provided with a booster pump, the booster pump is connected to the gas storage tank, the liquid booster tank is provided with a booster pump, and the booster pump is connected to the closed water tank. connection.
  • an ultrasonic high-frequency oscillation generator is installed in the closed water tank.
  • a weighing unit is provided at the bottom of the core holder.
  • the core holder is also connected with a pressure detector for monitoring the stress change of the coal and rock sample during the gas-liquid saturation process, so as to ensure the safe and smooth progress of the experiment.
  • the gas-liquid two-phase saturated coal and rock sample saturation test method includes the following steps: a: Place the coal and rock sample on a core holder with a weighing unit, turn on the ultrasonic high-frequency oscillation generator, and realize the liquid Atomization, after the atomized liquid is pressurized, it is connected to the main device box 1 through a dense copper pipe.
  • the main device box 1 is equipped with a humidity detector, a pressure detector and a methane concentration detector, and the reading of the meter Get the measured gas-liquid state in the sealed box.
  • Use the atomized liquid to replace the traditional liquid, while reducing the resistance when the fluid passes through the porous medium, it also reduces the damage to the coal and rock sample structure and physical properties by the fluid as much as possible;
  • the gas and the atomized liquid enter the core holder through the dense copper tube, penetrate into the coal and rock sample under the action of the pressure difference, and enter the fluid discharge device through the pores and cracks inside the coal and rock sample, and pass the quality
  • the saturation experiment test is performed first to obtain the corresponding saturation division standard, and then the saturation measurement is performed; for the small pore structure, For coal and rock samples with poor permeability, atomization is used to promote infiltration and saturation; the experimental process is carried out under normal temperature and variable pressure conditions.
  • the present invention has the beneficial effect of using atomized liquid instead of traditional liquid, while reducing the resistance of the fluid when passing through porous media, and reducing the impact of the fluid on the coal and rock sample structure and physical properties as much as possible.
  • the destruction of properties reduces the difficulty of liquid saturation and gas-liquid displacement.
  • Figure 1 is a schematic structural diagram of a gas-liquid two-phase saturated coal and rock sample experimental device of the present invention.
  • 1-core holder 2-fluid inlet device, 3-fluid discharge device, 11-weighing unit, 21-main device box one, 22-gas-liquid booster box, 31-main device box two, 32 -Vacuum pump, 211-humidity detector, 212-pressure detector, 213-methane concentration detector, 2211-booster pump, 2212-air tank, 2221-closed water tank, 22211-ultrasonic high-frequency oscillation generator
  • a gas-liquid two-phase saturated coal and rock sample experimental device includes a core holder 1, and two ends of the core holder 1 are respectively connected with a fluid inlet device 2 and a fluid discharge device through a dense copper pipe Device 3;
  • the fluid inlet device 2 includes a main device box 21 and a plurality of gas-liquid booster boxes 22,
  • the main device box 21 is provided with a humidity detector 211, a pressure detector 212 and a methane concentration detector 213
  • the gas-liquid booster tank 22 includes a gas booster tank 221 and a liquid booster tank 222;
  • the fluid discharge device 3 includes a main device tank two 31 and a vacuum pump 32.
  • the main device tank two 31 is provided with humidity
  • the detector 211, the pressure detector 212 and the methane concentration detector 213, the vacuum pump 32 is used to create a low-pressure environment in the main device box two 31.
  • the gas booster tank 221 is provided with a booster pump 2211, the booster pump 2211 is connected to the gas storage tank 2212, and the liquid booster tank 222 is provided with a booster pump 2211,
  • the booster pump 2211 is connected to the closed water tank 2221; an ultrasonic high-frequency oscillation generator 22211 is installed in the closed water tank 2221.
  • the bottom of the core holder 1 is provided with a weighing unit 11, and the core holder 1 is also connected with a pressure detector 212, which is used to monitor the presence of coal and rock samples in gas and liquid. The stress changes during the saturation process to ensure the safe and smooth progress of the experiment.
  • the gas-liquid two-phase saturated coal and rock sample saturation test method includes the following steps: a: Place the coal and rock sample on a core holder with a weighing unit, turn on the ultrasonic high-frequency oscillation generator, The atomization of the liquid is realized. After the atomized liquid is pressurized, it is connected to the main device box 1 through a dense copper pipe.
  • the main device box 1 is equipped with a humidity detector, a pressure detector and a methane concentration detector. Take the meter reading to get the measured gas-liquid state in the sealed box.
  • the gas and the atomized liquid enter the core holder through the dense copper tube, penetrate into the coal and rock sample under the action of the pressure difference, and enter the fluid discharge device through the pores and cracks inside the coal and rock sample, and pass the quality
  • the saturation experiment test is performed first to obtain the corresponding saturation division standard, and then the saturation is measured; for the pore structure
  • atomization is used to promote penetration and saturation; the experimental process is carried out under normal temperature and variable pressure conditions.

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Abstract

一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法，包括岩心夹持器（1），岩心夹持器（1）的两端通过致密铜管分别连接有流体进入装置（2）和流体排出装置（3）；流体进入装置（2）包括主装置箱一（21）以及多个气液增压箱（22），主装置箱一（21）上设置有湿度检测仪（211）、压力检测仪（212）和甲烷浓度检测仪（213），气液增压箱（22）包括气体增压箱（221）和液体增压箱（222）；流体排出装置（3）包括主装置箱二（31）以及抽真空泵（32），主装置箱二（31）上设置有湿度检测仪（211）、压力检测仪（212）和甲烷浓度检测仪（213），抽真空泵（32）用于在主装置箱二（31）内营造低压环境。利用经过雾化后的液体代替传统的液体，在降低流体穿过多孔介质时的阻力的同时，尽可能降低流体对煤岩样结构及物理性质的破坏，降低液体饱和及气液驱替的难度。

Description

一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法 技术领域
本发明涉及煤矿生产技术领域，特别是涉及一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法。
背景技术
在煤层气井开采过程中，随着排水降压过程的进行，煤储层孔隙压力不断降低，煤岩有效应力逐渐变大，应力敏感效应增强，渗透率降低；当储层压力降低至临界解吸压力后，吸附于煤岩的气体开始解吸产出，煤基质发生收缩效应，渗透率开始逐渐增大，形成一个不对称的“U”型变化曲线。正负效应使得煤储层渗透率一直都处在复杂的动态变化过程中，而导致渗透率发生动态变化的原因，正是不同排采时间内储层气、水状态的动态变化。因此，探究不同气水状态下的煤岩渗透率及其变化过程可以为煤层气排采制度的建立提供参考与指导。
目前国内外对于煤岩样的饱和实验多采用直接浸水法，在浸水时间相对较短的情况下，无法保证煤岩样的液体饱和度，并且直接浸水法会对煤岩样的物理性质造成影响，损坏煤岩样原有结构。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法，采用超声波高频振荡发生装置，将传统的液态流体雾化成纳米级大小的液体颗粒，通过压力差进入煤岩内部的孔(裂)隙中，充分饱和，并通过质量差法、湿度差来确定煤岩样的水饱和程度，同理，依据甲烷浓度差法可以判定煤岩样的气体饱和程度。
本发明所采用的技术方案是：一种气液两相饱和煤岩样实验装置，包括岩心夹持器，所述岩心夹持器的两端通过致密铜管分别连接有流体进入装置和流体排出装置；所述流体进入装置包括主装置箱一以及多个气液增压箱，所述主装置箱一上设置有湿度检测仪、压力检测仪和甲烷浓度检测仪，所述气液增压箱包括气体增压箱和液体增压箱；所述流体排出装置包括主装置箱二以及抽真空泵，所述主装置箱二上设置有湿度检测仪、压力检测仪和甲烷浓度检测仪，所述抽真空泵用于在主装置箱二内营造低压环境。
进一步地，所述气体增压箱内设有增压泵，所述增压泵与储气罐相连接，所述液体增压箱内设有增压泵，所述增压泵与密闭水箱相连接。
进一步地，所述密闭水箱内安装有超声波高频震荡发生装置。
进一步地，所述岩心夹持器底部设有称重单元。
进一步地，所述岩心夹持器还与用于监测煤岩样在气液饱和过程中应力变化的压力检测仪相连接，保证实验的安全、顺利进行。
进一步地，气液两相饱和煤岩样饱和度测试方法，包括以下步骤：a：将煤岩样放置在具有称重单元的岩心夹持器上，开启超声波高频震荡发生装置，实现液体的雾化，雾化后的液体经过增压处理后，通过致密铜管与主装置箱一连接，主装置箱一上设置有湿度检测仪、压力检测仪与甲烷浓度检测仪，通过读取仪表读数得出所测定的密封箱内的气液状态。利用经过雾化后的液体代替传统的液体，在降低流体穿过多孔介质时的阻力的同时，尽可能降低流体对煤岩样结构及物理性质的破坏；
b：气体与经过雾化后的液体通过致密铜管进入岩心夹持器中，在压力差的作用下渗透进入煤岩样内部，通过煤岩样内部的孔裂隙进入流体排出装置中，通过质量差法来确定煤岩样最大饱和质量m max，与煤岩样自然状态下的质量m相比较，计算δ m＝m max-m，设置等差数列
Figure PCTCN2019087898-appb-000001
等差数列的不同数值分别对应不同饱和度；
c：开启抽真空泵，将主装置箱二中营造低压环境，增强主装置箱一与主装置箱二中的压力差δ p，对比主装置箱一与主装置箱二上湿度检测仪与甲烷浓度检测仪的读数，确定不同饱和度时湿度差δ e与甲烷浓度差δ c，以此为基准参照，也可以依据仪表读数差来确定不同的饱和度。
进一步地，在煤岩样饱和度测试方法中针对物理结构、性质不同的煤岩样，先进行饱和实验测试，得出相应的饱和度划分标准，再进行饱和度测定；对于孔隙结构较小，渗透性较差的煤岩样，采用雾化的方式促进渗透与饱和；该实验过程在常温、变压条件下进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用经过雾化后的液体代替传统的液体，在降低流体穿过多孔介质时的阻力的同时，尽可能降低流体对煤岩样结构及物理性质的破坏，降低液体饱和及气液驱替的难度。
附图说明
图1为本发明一种气液两相饱和煤岩样实验装置的结构示意图。
其中：1-岩心夹持器，2-流体进入装置，3-流体排出装置，11-称重单元，21-主装置箱一，22-气液增压箱，31-主装置箱二，32-抽真空泵，211-湿度检测仪，212-压力检测仪，213-甲烷浓度检测仪，2211-增压泵，2212-储气罐，2221-密闭水箱，22211-超声波高频震荡发生装置
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1所示，一种气液两相饱和煤岩样实验装置，包括岩心夹持器1，所述岩心夹持器1的两端通过致密铜管分别连接有流体进入装置2和流体排出装置3；所述流体进入装置2包括主装置箱一21以及多个气液增压箱22，所述主装置箱一21上设置有湿度检测仪211、压力检测仪212和甲烷浓度检测仪213，所述气液增压箱22包括气体增压箱221和液体增压箱222；所述流体排出装置3包括主装置箱二31以及抽真空泵32，所述主装置箱二31上设置有湿度检测仪211、压力检测仪212和甲烷浓度检测仪213，所述抽真空泵32用于在主装置箱二31内营造低压环境。
在上述实施例中，所述气体增压箱221内设有增压泵2211，所述增压泵2211与储气罐2212相连接，所述液体增压箱222内设有增压泵2211，所述增压泵2211与密闭水箱2221相连接；所述密闭水箱2221内安装有超声波高频震荡发生装置22211。
在上述实施例中，所述岩心夹持器1底部设有称重单元11，并且岩心夹持器1还连接有压力检测仪212，所述压力检测仪212用于监测煤岩样在气液饱和过程中应力变化，保证实验的安全、顺利进行。
在上述实施例中，气液两相饱和煤岩样饱和度测试方法，包括以下步骤：a：将煤岩样放置在具有称重单元的岩心夹持器上，开启超声波高频震荡发生装置， 实现液体的雾化，雾化后的液体经过增压处理后，通过致密铜管与主装置箱一连接，主装置箱一上设置有湿度检测仪、压力检测仪与甲烷浓度检测仪，通过读取仪表读数得出所测定的密封箱内的气液状态。利用经过雾化后的液体代替传统的液体，在降低流体穿过多孔介质时的阻力的同时，尽可能降低流体对煤岩样结构及物理性质的破坏；
b：气体与经过雾化后的液体通过致密铜管进入岩心夹持器中，在压力差的作用下渗透进入煤岩样内部，通过煤岩样内部的孔裂隙进入流体排出装置中，通过质量差法来确定煤岩样最大饱和质量m max，与煤岩样自然状态下的质量m相比较，计算δ m＝m max-m，设置等差数列
Figure PCTCN2019087898-appb-000002
等差数列的不同数值分别对应不同饱和度；
c：开启抽真空泵，将主装置箱二中营造低压环境，增强主装置箱一与主装置箱二中的压力差δ p，对比主装置箱一与主装置箱二上湿度检测仪与甲烷浓度检测仪的读数，确定不同饱和度时湿度差δ e与甲烷浓度差δ c，以此为基准参照，也可以依据仪表读数差来确定不同的饱和度。
在上述实施例中，在煤岩样饱和度测试方法中针对物理结构、性质不同的煤岩样，先进行饱和实验测试，得出相应的饱和度划分标准，再进行饱和度测定；对于孔隙结构较小，渗透性较差的煤岩样，采用雾化的方式促进渗透与饱和；该实验过程在常温、变压条件下进行。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (7)

  1. 一种气液两相饱和煤岩样实验装置，其特征在于：包括岩心夹持器，所述岩心夹持器的两端通过致密铜管分别连接有流体进入装置和流体排出装置；所述流体进入装置包括主装置箱一以及多个气液增压箱，所述主装置箱一上设置有湿度检测仪、压力检测仪和甲烷浓度检测仪，所述气液增压箱包括气体增压箱和液体增压箱；所述流体排出装置包括主装置箱二以及抽真空泵，所述主装置箱二上设置有湿度检测仪、压力检测仪和甲烷浓度检测仪，所述抽真空泵用于在主装置箱二内营造低压环境。
  2. 根据权利要求1所述的气液两相饱和煤岩样实验装置，其特征在于：所述气体增压箱内设有增压泵，所述增压泵与储气罐相连接，所述液体增压箱内设有增压泵，所述增压泵与密闭水箱相连接。
  3. 根据权利要求2所述的气液两相饱和煤岩样实验装置，其特征在于：所述密闭水箱内安装有超声波高频震荡发生装置。
  4. 根据权利要求1所述的气液两相饱和煤岩样实验装置，其特征在于：所述岩心夹持器底部设有称重单元。
  5. 根据权利要求1所述的气液两相饱和煤岩样实验装置，其特征在于：所述岩心夹持器还与用于监测煤岩样在气液饱和过程中应力变化的压力检测仪相连接。
  6. 根据权利要求1所述的气液两相饱和煤岩样饱和度测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
    a：将煤岩样放置在具有称重单元的岩心夹持器上，开启超声波高频震荡发生装置，实现液体的雾化，雾化后的液体经过增压处理后，通过致密铜管与主装置箱一连接，主装置箱一上设置有湿度检测仪、压力检测仪与甲烷浓度检测仪，通过读取仪表读数得出所测定的密封箱内的气液状态。利用经过雾化后的液体代替传统的液体，在降低流体穿过多孔介质时的阻力的同时，尽可能降低流体对煤岩样结构及物理性质的破坏；
    b：气体与经过雾化后的液体通过致密铜管进入岩心夹持器中，在压力差的作用下渗透进入煤岩样内部，通过煤岩样内部的孔裂隙进入流体排出装置中，通过质量差法来确定煤岩样最大饱和质量m max，与煤岩样自然状态下的质 量m相比较，计算δ m＝m max-m，设置等差数列
    Figure PCTCN2019087898-appb-100001
    等差数列的不同数值分别对应不同饱和度；c：开启抽真空泵，将主装置箱二中营造低压环境，增强主装置箱一与主装置箱二中的压力差δ p，对比主装置箱一与主装置箱二上湿度检测仪与甲烷浓度检测仪的读数，确定不同饱和度时湿度差δ e与甲烷浓度差δ c，以此为基准参照，也可以依据仪表读数差来确定不同的饱和度。
  7. 根据权利要求6所述的气液两相饱和煤岩样饱和度测试方法，其特征在于：在煤岩样饱和度测试方法中针对物理结构、性质不同的煤岩样，先进行饱和实验测试，得出相应的饱和度划分标准，再进行饱和度测定；对于孔隙结构较小，渗透性较差的煤岩样，采用雾化的方式促进渗透与饱和；该实验过程在常温、变压条件下进行。
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