[發明專利]煤巖滲透率張量測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 202111607895.1
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN116359089A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 臧杰;馬澤;周冠杰;王凱
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的在于提供一種煤巖滲透率張量中正滲透率與切滲透率的測試裝置與測試方法。為實現上述目的，本發明提出的煤巖滲透率張量測試裝置由氣源氣瓶、氣體增壓單元、氣體調壓單元、恒速恒壓供氣系統、煤巖心夾持器、環壓跟蹤泵、各向流動控制與流量測量系統、回壓控制系統、數據采集控制系統、壓差計組成。利用上述裝置，本發明提出的測定煤巖正滲透率與切滲透率的方法步驟為：煤巖樣制作、煤巖樣加持、正滲透率測試、切滲透率測試。與現有滲透率測試實驗裝置及測試方法相比，本發明的優勢在于：采用單一立方煤巖樣獲得煤巖樣的正滲透率和切滲透率，得到煤巖樣的滲透率張量信息，避免了樣品非均質性對測試結果的影響。

技術領域

本發明涉及一種煤巖滲透率張量的測試裝置及測試方法，屬于煤巖滲流力學領域。

背景技術

在確定煤層氣開采方案或確定瓦斯抽采布孔方案的過程中，需要掌握待采儲層的滲透率。煤巖滲透率是表征瓦斯在煤層裂隙網絡中流動能力的關鍵參數。煤層裂隙網絡通常由多組開度、密度、連通性等性質各異的裂隙組成，導致煤巖滲透率具有各向異性。煤巖滲透率各向異性的本質是滲透率張量，三維空間內的滲透率張量為二階對稱矩陣，表示方式如下：

式中：K是三維空間某一正交坐標系中的滲透率張量；k_xx、k_yy和k_zz是該正交坐標系中的正滲透率；k_xy、k_yz和k_zx是該正交坐標系中的切滲透率。

目前，測試煤巖滲透率的主要方法包括瞬態法和穩態法，通過在全直徑巖心取正交三個方向柱狀煤巖樣，測試三個方向煤巖樣的滲透率可以得到煤巖滲透率張量的三個正滲透率值，但是現有測試滲透率的裝置未見有測試煤巖切滲透率的功能。此外，在取樣過程中以及煤巖樣制作過程中，由于不同煤巖樣包含的裂隙結構不同，且在鉆削煤巖樣過程中，裂隙的擴展規律不同，使測試結果受樣品非均質性的影響較大，導致測到的正滲透率值具有一定誤差。

發明內容

針對現有技術問題，本發明的目的在于提供一種煤巖滲透率張量中正滲透率與切滲透率的測試裝置并提出利用所述裝置測試煤巖滲透率張量中正滲透率與切滲透率的方法，利用本發明的裝置可以在三軸應力條件下，利用單一立方煤巖樣測試煤巖體滲透率張量中的正滲透率與切滲透率，解決現有裝置只能測試正滲透率但不能測試切滲透率的不足。

為解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案來實現：

一種煤巖滲透率張量的測試裝置與方法，其特征在于：由氣源氣瓶、氣體增壓單元、氣體調壓單元、恒速恒壓供氣系統、煤巖心夾持器、環壓跟蹤泵、各向流動控制與流量測量系統、回壓控制系統、數據采集控制系統、壓差計組成，所述氣體增壓單元包括空壓機、增壓泵、參考罐、空壓機壓力表及管線閥門，所述氣體調壓單元包括實驗供氣調壓閥、壓力表及管線閥門，所述恒速恒壓供氣系統包括活塞容器、雙缸恒速恒壓泵及管線閥門，所述巖心夾持器包括左巖心堵頭、左壓帽、圍壓筒、圍壓腔、巖心室、圍壓膠套、密封錐度套、軸壓加載接口、右壓帽、軸壓活塞、軸壓加載腔體、右軸壓加載堵頭、各向滲流通道、管線接口及管線閥門，所述回壓控制系統包括回壓緩沖容器、回壓閥及管線閥門，所述計量系統包括電子天平流量計、電子氣體流量計及管線閥門，所述數據采集系統包括壓力傳感器、壓差傳感器、二次顯示儀表、數據采集控制與處理系統。

所述煤巖心夾持器圍壓筒壁面留有垂直方向兩個孔眼與水平方向兩個孔眼，各孔眼外端設有螺紋，用于連接圍壓加載管線的接口，所述水平兩孔眼之間的連線與立方煤巖心室前后壁面垂直并穿過巖心室中心點，所述垂向兩孔眼之間的連線與立方煤巖心室上下壁面垂直并穿過巖心室中心點，以保證均勻圍壓加載。