[發明專利]基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201611179960.4
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106596353B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 胡海翔;邢彥飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪;王敏鋒

本發明屬于測量領域，涉及一種基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置及方法，包括氣源輸入端、恒溫裝置、第一擴散室、第二擴散室、差壓計以及第二閥門；氣源輸入端分別與第一擴散室以及第二擴散室相貫通；第一擴散室與第二擴散室之間設置有差壓計；第一擴散室通過第二閥門與第二擴散室相貫通；待測煤塊懸掛于第一擴散室中；第一擴散室以及第二擴散室共同置于恒溫裝置中；第一擴散室以及第二擴散室在使用前是處于真空狀態。本發明提供了一種測量精度高以及氣體不易泄漏的基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置及方法。

技術領域

本發明屬于測量領域，涉及一種煤層氣在待測煤塊中擴散系數的測量裝置及方法，尤其涉及一種基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置及方法。

背景技術

對煤層氣在煤儲層中運移規律的深入認識對于合理的工程設計及提高煤層氣采收率的提高非常關鍵。目前，對煤層氣體解吸的動力學過程已經有比較清晰的認識：氣體對壓力梯度的響應必經過解吸、擴散以及滲流三個階段。由于煤基質特殊的孔裂隙結構，擴散作用在其中發揮著重要的銜接作用。

基于煤層氣的吸附解吸過程是基本可逆性，煤層氣吸附動力學應表現出相似性：隨著壓力梯度的變化，煤層氣經過滲流、擴散以及吸附三階段，穩定的吸附在煤基質的表面，擴散作用也必將在其中發揮重要的作用，從而對煤層氣的運移產生重要影響。研究不同溫度壓力條件下煤層氣在煤儲層擴散系數的變化規律對于煤層氣的開采具有重要的理論和實際意義。

煤層氣擴散系數測定裝置主要用于測定地層溫度條件下煤層氣在煤巖中的擴散系數變化規律，為數值模擬提供準確參數，進而為煤層氣開采提供理論指導。

目前的測量方法要么采用經破碎后的煤顆粒為樣品，要么采用滲透法。前者破壞了煤特有的空間結構，測得的結果不能代表氣體在真實煤基質中的擴散系數；對后者來講，密封性是最大的問題，由于煤易碎，不能承受較大壓力，因而難以實現完全密封，杜絕氣體泄漏，這種微小的泄漏亦對測量結果產生較大影響。

發明內容

為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明的目的是為了提供一種測量精度高以及氣體不易泄漏的基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置及方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置，其特征在于：所述基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置包括氣源輸入端、恒溫裝置、第一擴散室、第二擴散室、差壓計以及第二閥門；所述氣源輸入端分別與第一擴散室以及第二擴散室相貫通；所述第一擴散室與第二擴散室之間設置有差壓計；所述第一擴散室通過第二閥門與第二擴散室相貫通；待測煤塊懸掛于第一擴散室中；所述第一擴散室以及第二擴散室共同置于恒溫裝置中；所述第一擴散室以及第二擴散室在使用前是處于真空狀態。

作為優選，本發明所采用的基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置還包括第五閥門以及第四閥門；所述氣源輸入端通過第五閥門與第一擴散室相貫通；所述氣源輸入端通過第四閥門與第二擴散室相貫通。

作為優選，本發明所采用的基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置還包括第一閥門以及第三閥門；所述第一擴散室依次通過第一閥門、差壓計、第二閥門與第二擴散室相貫通。

一種基于如前所述的基于差壓法的煤塊中氣體擴散系數測量裝置的待測煤塊中氣體擴散系數測量方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1)選擇并制備待測煤塊；選取完整且不含明顯裂縫的煤塊作為待測煤塊后并對待測煤塊進行脫氣以及干燥處理；所述待測煤塊的厚度小于5mm，所述待測煤塊是橫截面積小于500mm²的長方體；所述明顯裂縫的寬度大于1μm；

2)將步驟1)制備得到的待測煤塊懸掛于第一擴散室中，同時將第一擴散室以及第二擴散室密封；對第一擴散室以及第二擴散室抽真空處理，抽真空后將第一擴散室以及第二擴散室同時置于恒溫裝置中；