專利名稱：低滲透巖石介質滲透系數測試儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低滲透巖石介質滲透系數測試儀，該儀適用于石油地下儲存、煤層瓦斯滲透性以及其他低滲透性介質的滲透系數測量，介質的滲透系數在10-22m2左右的材料都可以通過該試驗系統獲得。
背景技術：
隨著國民經濟的迅速發展，國家正逐步實施石油、天然氣戰略能源儲存，以完善國家戰略能源儲備體系以及能源商業儲備體系，可以使我國靈活應對國際油價波動，主動掌握能源政策。鹽巖由于其良好的蠕變性能以及低滲透性而被公認為地下油氣儲存的理想介質，西方發達國家如美國、德國、法國等都已建起了大量的鹽巖地下儲氣(油)庫，并已經建立了相關的技術指標和規范。我國鹽巖賦存條件較為特殊(鹽巖儲層相對較薄，且富含不可溶性夾層)，實施地下能源儲存將面臨比西方國家鹽丘儲存更復雜的技術難題，層狀鹽巖儲庫的滲透性是確定儲庫儲存壓力的關鍵技術之一。鹽巖由于具有遇水軟化的特性，其滲透性只能通過透氣性的方式來測量。
另外，隨著資源開采深度的增加，地應力增大、地質條件惡化，煤與瓦斯突出問題將成為制約煤礦安全生產的一個重要因素，對于高瓦斯礦井而言，噸煤的瓦斯含量高達20～24m3，而高瓦斯礦井的煤層滲透性往往極低。煤巖體是一多孔介質，開挖活動使巖體的應力狀態發生改變，從而導致巖體的力學性質和滲透性質發生改變。巖體內的流體在連通的空隙(孔隙、裂隙和孔洞)中的流動狀態的改變，又會引起巖體力學性質的改變，使巖體的變形隨之變化，兩者相互影響，相互作用。為合理利用資源，減少和防止瓦斯災害(煤與瓦斯突出，瓦斯爆炸)，了解煤巖體的滲透性以及變形破裂和瓦斯滲透的相互作用過程與規律，對確定合理的工藝參數，提高瓦斯抽放率，減少工程災害具有重要的現實意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種低滲透巖石介質滲透系數測試儀，該儀器通用性好、結構簡單、可靠性高、實現容易，試驗過程中避免氣體端部的打滑現象。對于極低滲透性能的試驗材料，不但可以實現端部滲透，還可以從側面滲透，達到加快試驗的速度，提高測試的精度還可以降低試驗成本。
為實現上述目的，采用以下技術方案在試樣中間開一個小孔，通過向小孔注氣，并在試樣的底部、頂部和四周設置密封性較好的墊塊，根據試驗需要，可以實現軸向、側向或雙向組合的試驗方法，同時還可以測試試樣的變形，通過傳感器實現實驗結果的實時采集。
本測試儀器包括剛性壓力機的軸向加壓、側向加壓、軸向墊片和側向墊片、溫控箱、傳感器、注氣口和排氣口、計算機部分構成。該儀器的連接關系是流量計1與三軸室9相連，其作用是測量通過試樣的流量；傳感器2與三軸室9相連，其作用是測量試樣的應力；溫控箱3與三軸室9相連，其作用是控制試驗室時試樣的溫度；在三軸室9內裝有軸向墊片4和側向墊片8，其作用是密封試樣，確保試樣從側向滲透；剛性壓力機軸壓5、剛性壓力機圍壓系統10與三軸室相連，其作用是給試樣施加軸向荷載；三軸室一端有注氣口6，其作用是給試樣施加一定壓力的惰性氣體；三軸室另一端有排氣口11，其作用是控制試驗過程中排氣口的壓力；在三軸室9中裝有試樣，其作用是提供試樣安裝的空間，并確保軸壓和圍壓的施加；墊塊12與三軸室相連接，其作用是保證三軸室保證試驗機傳力均勻；橫向應變計13與試樣緊密相連，其作用是測量試樣的橫向變形；橫向應變計夾子14用于調節橫向應變計的尺寸和接觸；試樣15與三軸室和橫向應變計相連，是試驗被測量的主體；計算機與傳感器相連，便于將實時采集的數據存儲到計算機內；本發明包括實驗原理，數據采集與控制系統功能。
本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果①實驗過程避免以往軸向實驗所產生的端部打滑和不均勻現象。
②實驗系統既可以實現軸向排氣，也可以實現側向排氣或者組合式排氣。
③試驗過程中可以控制試樣的試驗溫度。
④可以實現不同應力條件下的滲透性測試。
⑤系統通用性好、可靠性高、精度高，且可縮短試驗周期。
圖1為一種低滲透巖石介質滲透參數測試儀的結構示意圖。
該測試儀包括包括流量計1，傳感器2，溫控箱3，軸向墊片4，剛性壓力機軸壓5，注氣口6，溫控箱盒7，側向墊片8，三軸室9，剛性壓力機圍壓系統10，排氣口11和墊塊12組成。
圖2為一種三軸室的結構示意圖。
該結構包括三軸室9，橫向應變計13、橫向應變計夾子14以及墊塊12。
圖3為一種三軸室的橫剖面結構示意圖。
該結構包括三軸室筒壁16，橫向應變計鏈子17、橫向應變計夾子14和試樣15。
具體實施例方式
根據圖1、圖2和圖3，本測試儀由專用三軸室、墊片、傳感器、流量計、剛性壓力機軸壓以及計算機等部分組成。
本測試儀的基本連結關系是流量計1與三軸室9相連，采用氣體質量流量計進行測量，測量的精度為0.02～10ml/min；傳感器2與三軸室9相連，實時采集試驗過程中的應力、位移、流量及注氣口6和排氣口11的壓力及流量；溫控箱3與三軸室9相連，可將試樣的試驗溫度控制在10℃～100℃；三軸室9分別與溫控箱盒7和剛性壓力機軸壓5相連，其作用是密封試樣及給試樣施加軸向荷載，通過剛性壓力機施加軸向應力，軸向墊片4根據試樣的大小加工；在三軸室9的一端有一注氣口6，其作用是給試樣施加一定壓力的惰性氣體，應用氮氣作為試驗氣源，氣體壓力控制范圍≤20MPa；溫控箱盒7是溫控箱的外殼，其作用是確保試樣均勻加熱；在三軸室9內裝有側向墊片8，其作用是確保氣體從側向滲透，側向墊片8根據試樣的大小加工；在三軸室9內裝有軸向墊塊4和側向墊片8，將試樣15放入內測試，提供試樣安裝的空間，并確保軸壓和圍壓的施加，三軸室9對試樣進行加壓的圓筒；剛性壓力機圍壓系統10與三軸室9相接，其作用是給試樣施加圍壓；在三軸室9的另一端有排氣口11，其作用是控制試驗過程中排氣口的壓力；墊塊12與三軸室9相連接，其作用是保證三軸室9保證試驗機傳力均勻；橫向應變計13與試樣15相連，其作用是測量試樣的橫向變形；在三軸室9的試樣15上裝有橫向應變計夾子14，三軸室9內的試樣15與橫向應變計13相連。
軸向排氣控制試驗氣體排放的壓力。
三軸室、溫控箱和溫控箱盒、剛性壓力機軸壓及剛性壓力機圍壓系統、計算機、流量計、傳感器等都可以從市場采購。
根據圖1所示，將試驗樣本15放入三軸室9，并放入軸向墊片4和側向墊片8；應用剛性壓力機對試樣15施加一定的軸壓和圍壓，通過注氣系統向注氣口6注入高壓氣體，并通過控制排氣口11的壓力，應用流量計1和傳感器2采集試驗過程中的應變及流量等相關信息。
以上技術方案實現了低滲透巖石介質的滲透系數的測定，測量成本低且試驗精度高，具有廣泛的工程應用前景。
例子1試驗中間未開孔注氣壓力P＝20MPa，排氣壓力P＝16MPa，流量＝0.08ml/Min時，滲透系數K＝10-22m2例子2試驗中間開孔注氣壓力P＝20MPa，排氣壓力P＝16MPa，流量＝0.47ml/Min時，滲透系數K＝10-22m2。
權利要求
1.一種低滲透巖石介質滲透系數測試儀，它由傳感器(2)、溫控箱(3)、剛性壓力機圍壓系統(10)構成，其特征是流量計(1)與三軸室(9)相連，溫控箱(3)與三軸室(9)相連，在三軸室(9)內裝有軸向墊片(4)和側向墊片(8)，在三軸室筒壁(16)上裝有橫向應變計鏈子(17)。
2.根據權利要求1所述的一種低滲透巖石介質滲透系數測試儀，其特征在于在三軸室(9)一端有注氣口(6)，另一端裝有排氣口(11)。
3.根據權利要求1所述的一種低滲透巖石介質滲透系數測試儀，其特征在于在三軸室(9)的試樣(15)上裝有橫向應變計夾子(14)。
4.根據權利要求1所述的一種低滲透巖石介質滲透系數測試儀，其特征在于三軸室(9)內的試樣(15)與橫向應變計(13)相連。
5.根據權利要求1所述的一種低滲透巖石介質滲透系數測試儀，其特征在于三軸室(9)分別與溫控箱盒(7)和剛性壓力機軸壓(5)相連。
全文摘要
本發明公開了一種低滲透巖石介質滲透系數測試儀，它由傳感器、溫控箱、剛性壓力機軸壓、剛性壓力機圍壓系統構成，流量計與三軸室相連，溫控箱與三軸室相連，在三軸室內裝有軸向墊片和側向墊片，在三軸室筒壁上裝有橫向應變計鏈子，在三軸室一端有注氣口，另一端裝有排氣口，在三軸室上裝有橫向應變計夾子。本發明系統通用性好、結構簡單、可靠性高，該設備可以應用于能源儲存及高瓦斯礦井煤層滲透性的測試。
文檔編號G01N13/00GK1837774SQ200610018829
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月20日 優先權日2006年4月20日
發明者陳衛忠, 伍國軍, 楊建平, 楊春和 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所
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