專利名稱：低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置，該裝置適用于石油地下儲存、煤層瓦斯?jié)B透性以及其他低滲透性介質(zhì)的滲透系數(shù)測量，介質(zhì)的滲透系數(shù)在10-22m2左右的材料都可以通過該試驗系統(tǒng)獲得。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國家正逐步實施石油、天然氣戰(zhàn)略能源儲存，以完善國家戰(zhàn)略能源儲備體系以及能源商業(yè)儲備體系，可以使我國靈活應(yīng)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(rèn)為地下油氣儲存的理想介質(zhì)，西方發(fā)達(dá)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(jīng)建立了相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)和規(guī)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(fù)雜的技術(shù)難題，層狀鹽巖儲庫的滲透性是確定儲庫儲存壓力的關(guān)鍵技術(shù)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(yīng)力增大、地質(zhì)條件惡化，煤與瓦斯突出問題將成為制約煤礦安全生產(chǎn)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(dá)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(zhì)，開挖活動使巖體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致巖體的力學(xué)性質(zhì)和滲透性質(zhì)發(fā)生改變。巖體內(nèi)的流體在連通的空隙(孔隙、裂隙和孔洞)中的流動狀態(tài)的改變，又會引起巖體力學(xué)性質(zhì)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(zāi)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?jié)B透的相互作用過程與規(guī)律，對確定合理的工藝參數(shù)，提高瓦斯抽放率，減少工程災(zāi)害具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置，該裝置通用性好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、實現(xiàn)容易，試驗過程中避免氣體端部的打滑現(xiàn)象。對于極低滲透性能的試驗材料，不但可以實現(xiàn)端部滲透，還可以從側(cè)面滲透，達(dá)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(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)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(shè)置密封性較好的墊塊，根據(jù)試驗需要，可以實現(xiàn)軸向、側(cè)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(xiàn)實驗結(jié)果的實時采集。
本測試裝置包括剛性壓力機(jī)的軸向加壓、側(cè)向加壓、軸向墊片和側(cè)向墊片、溫控箱、傳感器、注氣口和排氣口、計算機(jī)部分構(gòu)成。該儀器的連接關(guān)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(yīng)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(nèi)裝有軸向墊片4和側(cè)向墊片8，其作用是密封試樣，確保試樣從側(cè)向滲透；剛性壓力機(jī)軸壓5、剛性壓力機(jī)圍壓系統(tǒng)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(jī)傳力均勻；橫向應(yīng)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(yīng)變計夾子14用于調(diào)節(jié)橫向應(yīng)變計的尺寸和接觸；試樣15與三軸室和橫向應(yīng)變計相連，是試驗被測量的主體；計算機(jī)與傳感器相連，便于將實時采集的數(shù)據(jù)存儲到計算機(jī)內(nèi)；本實用新型包括實驗原理，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)功能。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果①實驗過程避免以往軸向?qū)嶒炈a(chǎn)生的端部打滑和不均勻現(xiàn)象。
②實驗系統(tǒng)既可以實現(xiàn)軸向排氣，也可以實現(xiàn)側(cè)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(xiàn)不同應(yīng)力條件下的滲透性測試。
⑤系統(tǒng)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(zhì)滲透參數(shù)測試裝置的結(jié)構(gòu)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(jī)軸壓5，注氣口6，溫控箱盒7，側(cè)向墊片8，三軸室9，剛性壓力機(jī)圍壓系統(tǒng)10，排氣口11和墊塊12組成。
圖2為一種三軸室的結(jié)構(gòu)示意圖。
該結(jié)構(gòu)包括三軸室9，橫向應(yīng)變計13、橫向應(yīng)變計夾子14以及墊塊12。
圖3為一種三軸室的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
該結(jié)構(gòu)包括三軸室筒壁16，橫向應(yīng)變計鏈子17、橫向應(yīng)變計夾子14和試樣15。
具體實施方式
根據(jù)圖1、圖2和圖3，本裝置由專用三軸室、墊片、傳感器、流量計、剛性壓力機(jī)軸壓以及計算機(jī)等部分組成。
本裝置的基本連結(jié)關(guān)系是流量計1與三軸室9相連，采用氣體質(zhì)量流量計進(jìn)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(yīng)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(jī)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(jī)施加軸向應(yīng)力，軸向墊片4根據(jù)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(yīng)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(nèi)裝有側(cè)向墊片8，其作用是確保氣體從側(cè)向滲透，側(cè)向墊片8根據(jù)試樣的大小加工；在三軸室9內(nèi)裝有軸向墊塊4和側(cè)向墊片8，將試樣15放入內(nèi)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(jìn)行加壓的圓筒；剛性壓力機(jī)圍壓系統(tǒng)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(jī)傳力均勻；橫向應(yīng)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(yīng)變計夾子14，三軸室9內(nèi)的試樣15與橫向應(yīng)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(jī)軸壓及剛性壓力機(jī)圍壓系統(tǒng)、計算機(jī)、流量計、傳感器等都可以從市場采購。
根據(jù)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(cè)向墊片8；應(yīng)用剛性壓力機(jī)對試樣15施加一定的軸壓和圍壓，通過注氣系統(tǒng)向注氣口6注入高壓氣體，并通過控制排氣口11的壓力，應(yīng)用流量計1和傳感器2采集試驗過程中的應(yīng)變及流量等相關(guān)信息。
以上技術(shù)方案實現(xiàn)了低滲透巖石介質(zhì)的滲透系數(shù)的測定，測量成本低且試驗精度高，具有廣泛的工程應(yīng)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(shù)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(shù)K＝10-22m權(quán)利要求1.一種低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置，它由傳感器(2)、溫控箱(3)、剛性壓力機(jī)圍壓系統(tǒng)(10)構(gòu)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(nèi)裝有軸向墊片(4)和側(cè)向墊片(8)，在三軸室筒壁(16)上裝有橫向應(yīng)變計鏈子(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置，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(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置，其特征在于在三軸室(9)的試樣(15)上裝有橫向應(yīng)變計夾子(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置，其特征在于三軸室(9)內(nèi)的試樣(15)與橫向應(yīng)變計(13)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置，其特征在于三軸室(9)分別與溫控箱盒(7)和剛性壓力機(jī)軸壓(5)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種低滲透巖石介質(zhì)滲透系數(shù)測試裝置，它由傳感器、溫控箱、剛性壓力機(jī)軸壓、剛性壓力機(jī)圍壓系統(tǒng)構(gòu)成，流量計與三軸室相連，溫控箱與三軸室相連，在三軸室內(nèi)裝有軸向墊片和側(cè)向墊片，在三軸室筒壁上裝有橫向應(yīng)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(yīng)變計夾子。本實用新型系統(tǒng)通用性好、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，該設(shè)備可以應(yīng)用于能源儲存及高瓦斯礦井煤層滲透性的測試。
文檔編號G01N13/00GK2903969SQ200620096269
公開日2007年5月23日 申請日期2006年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者陳衛(wèi)忠, 伍國軍, 楊建平, 楊春和 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所