[發(fā)明專利]用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置及其方法

有效

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• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108872529B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李卓;鞏文龍;姜振學(xué);張瀛涵;于海龍;梁志凱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;E21B43/26
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 王春光

1.一種用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，所述用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置包括：

頁巖巖石樣品；

容器組件，所述容器組件包括設(shè)置有初始水位線的水箱和設(shè)置在所述水箱內(nèi)的壓裂室，所述頁巖巖石樣品懸掛于所述壓裂室內(nèi)；

加熱部件，所述加熱部件設(shè)置于所述壓裂室底部且所述加熱部件的加熱表面朝向所述頁巖巖石樣品；

充氣加壓吸附組件，包括位于所述水箱外部的甲烷集氣瓶，所述甲烷集氣瓶通過穿過所述水箱的輸氣管與所述壓裂室相連通，在所述輸氣管上沿所述甲烷集氣瓶至所述壓裂室的氣體流動方向依次設(shè)有開關(guān)閥門、壓力檢測計和溫度檢測計；

加壓組件，設(shè)置在所述頁巖巖石樣品的兩側(cè)，用于對所述頁巖巖石樣品施加壓力，以使所述頁巖巖石樣品破裂，通過所述加壓組件對所述頁巖巖石樣品逐次加壓；

甲烷散失量測定組件，設(shè)置在所述水箱的旁側(cè)，所述甲烷散失量測定組件包括溢流管組和溢流液收集測量元件，所述溢流管組呈折彎狀，所述溢流管組的兩端分別為引流口和溢流口，所述引流口與所述水箱的底部相接通，所述溢流口懸空向下設(shè)置，且所述溢流管組的最高的折彎處與所述水箱的初始水位線相平齊，所述溢流液收集測量元件包括重量測量儀和頂部開放的容器，所述容器放置在所述重量測量儀上且對位于所述溢流口下方；

在所述頁巖巖石樣品的上方貫穿所述壓裂室的頂壁插裝有能啟閉的排氣泄壓管，所述排氣泄壓管的進(jìn)氣口伸入所述壓裂室內(nèi)，其出氣口位于所述水箱內(nèi)且高于所述水箱的初始水位線。

2.如權(quán)利要求1所述的用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，所述加壓組件包括對稱設(shè)置在所述頁巖巖石樣品兩側(cè)的兩加壓板，兩所述加壓板能在外力的作用下沿橫向移動，各所述加壓板背向所述頁巖巖石樣品的表面分別固定連接有加壓桿，所述加壓桿穿出所述壓裂室并伸出至所述水箱的外部，所述加壓桿的伸出端與外部加壓機(jī)構(gòu)相連接。

3.如權(quán)利要求2所述的用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，所述外部加壓機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠機(jī)構(gòu)。

4.如權(quán)利要求1所述的用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，所述溢流管組包括依次連通的底部水平連通管、豎直連通管和頂部折彎導(dǎo)管，所述頂部折彎導(dǎo)管由相連通的水平導(dǎo)管和下垂導(dǎo)管構(gòu)成，所述水平導(dǎo)管與所述水箱的初始水位線相平齊，所述下垂導(dǎo)管的下端口為所述溢流口。

5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，在所述排氣泄壓管位于所述水箱內(nèi)的管段上設(shè)有控制所述排氣泄壓管啟閉的遙控開關(guān)閥門。

6.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，所述排氣泄壓管具有回轉(zhuǎn)彎折部，所述回轉(zhuǎn)彎折部的一部分延伸出所述水箱以外，在所述回轉(zhuǎn)彎折部延伸出所述水箱的部分上設(shè)有控制所述排氣泄壓管啟閉的排氣泄壓管開關(guān)閥門。

7.如權(quán)利要求1所述的用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，所述頁巖巖石樣品通過與所述壓裂室頂壁相接的鏈繩懸掛于所述壓裂室內(nèi)。

8.如權(quán)利要求1所述的用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，所述水箱為透明樹脂材料的圓柱體水箱，所述壓裂室呈立方體形，在所述壓裂室的外表面覆設(shè)有保溫層。

9.如權(quán)利要求1所述的用于測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗裝置，其特征在于，所述加熱部件為扁平狀加熱板。

10.一種測量頁巖破裂甲烷散失的模擬實驗方法，采用如權(quán)利要求1至9中任一項所述的模擬實驗裝置，其特征在于，所述模擬實驗方法包括：

步驟A、篩選立方體狀的頁巖巖石樣品，將篩選出的所述頁巖巖石樣品懸掛于壓裂室內(nèi)，并使其位于所述加壓組件之中；

步驟B、向所述水箱內(nèi)注入蒸餾水至初始水位線，使得所述溢流管組恰好充滿蒸餾水，并記錄重量測量儀的讀數(shù)；

步驟C、開啟所述加熱部件向所述頁巖巖石樣品加熱，直至溫度檢測計顯示溫度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)實驗溫度值；

步驟D、開啟所述甲烷集氣瓶向所述壓裂室充甲烷，直至所述壓力檢測計顯示壓力超過預(yù)設(shè)實驗壓力值，關(guān)閉所述輸氣管上的開關(guān)閥門，靜置30～60分鐘，所述頁巖巖石樣品對甲烷的吸附完成；

步驟E、開啟排氣泄壓管，使所述頁巖巖石樣品經(jīng)加壓后破裂過程中散失出的甲烷氣體通過排氣泄壓管導(dǎo)入所述水箱的上部儲氣空間，隨著所述水箱的上部儲氣空間壓力的增大，壓迫所述水箱中的蒸餾水的水平面下降，并使得部分蒸餾水通過所述溢流管組溢出，溢出的蒸餾水滴入所述重量測量儀上的容器中，每秒記錄一次重量測量儀的讀數(shù)；

步驟F、通過所述加壓組件對所述頁巖巖石樣品逐次加壓，使得頁巖巖石樣品內(nèi)的甲烷氣體繼續(xù)散失并通過排氣泄壓管導(dǎo)入所述水箱的上部儲氣空間，并壓迫所述水箱中的蒸餾水的水平面持續(xù)下降，導(dǎo)致部分蒸餾水通過所述溢流管組溢出，每秒記錄一次重量測量儀的讀數(shù)，從而分析頁巖破裂甲烷散失的過程及控制因素。