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专利号: 2018100970345
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三轴渗透率测试方法,其特征在于,所使用的试验装置包括:模型系统(1)、气体控制系统(2)、温度控制系统(3)、三轴加载系统(4)、抽真空系统(5)、气体样品采集系统(6)和电气控制及监控系统;

所述的模型系统(1)包括岩心夹持器(1.1)、上游参考缸(1.21)、下游参考缸(1.22)、应变测试仪(1.5)和多个控制气体流通的阀门,所述的岩心夹持器(1.1)样品室的入口与上游参考缸(1.21)入口连通、出口与下游参考缸(1.22)入口连通;所述的上游参考缸(1.21)的出口与下游参考缸(1.22)的出口连通,在上游参考缸(1.21)和下游参考缸(1.22)之间设有压差传感器(1.4);岩样外圆面上设有若干应变片,应变片引线自岩心夹持器(1.1)的端部伸出并与应变测试仪(1.5)电信号连接;所述的上游参考缸(1.21)上连接有压力传感器一(1.31),下游参考缸(1.22)上连接有压力传感器二(1.32),岩心夹持器(1.1)样品室上连接有压力传感器三(1.33);阀门一(1.61)设在上游参考缸(1.21)入口处管路上,阀门二(1.62)设在岩心夹持器(1.1)内样品室的入口处管路上,阀门三(1.63)设在样品室出口处管路上,阀门四(1.64)设在下游参考缸(1.22)入口处管路上,阀门五(1.65)设在上游参考缸(1.21)和下游参考缸(1.22)之间连通的管路上;

所述的气体控制系统(2)包括高压气瓶、减压阀、气体流量计二(2.32)、恒温水浴(2.5)、空压机(2.6)、气体增压泵(2.7)和多个控制气体流通的阀门,所述的高压气瓶包括氦气高压气瓶(2.11)、二氧化碳高压气瓶(2.12)和甲烷高压气瓶(2.13),所述的减压阀包括减压阀一(2.21)、减压阀二(2.22)和减压阀三(2.23);氦气高压气瓶(2.11)、二氧化碳高压气瓶(2.12)和甲烷高压气瓶(2.13)与气体增压泵(2.7)的进气口连接,连接管路穿过恒温水浴(2.5);所述的减压阀一(2.21)、减压阀二(2.22)和减压阀三(2.23)分别设在氦气高压气瓶(2.11)、二氧化碳高压气瓶(2.12)和甲烷高压气瓶(2.13)出口处管路上,气体流量计二(2.32)设在三个减压阀和恒温水浴(2.5)之间的总管路上;所述的空压机(2.6)和气体增压 泵(2.7)连接,气体增压泵(2.7)的出气口与岩心夹持器(1.1)样品室入口和上游参考缸(1.21)入口连接;阀门六(2.81)、阀门七(2.82)和阀门八(2.83)分别设在氦气高压气瓶(2.11)、二氧化碳高压气瓶(2.12)和甲烷高压气瓶(2.13)出口处,阀门十(2.85)和阀门十三(2.88)分别设在气体流量计二(2.32)进口和出口处管路上,阀门十六(2.91)设在气体增压泵(2.7)出气口与模型系统(1)连接的总管路上,阀门十五(2.90)设在气体增压泵(2.7)出气口与大气连通的管路上;

所述的温度控制系统(3)包括包裹岩心夹持器(1.1)、上游参考缸(1.21)和下游参考缸(1.22)的电加热套,电加热套内设有温度传感器;

所述的三轴加载系统(4)包括液压伺服仪(4.1)和环压跟踪泵(4.2),所述的液压伺服仪(4.1)通过管路与岩心夹持器(1.1)上端的压头连接,连接管路上设有压力传感器五(4.32);环压跟踪泵(4.2)通过管路与岩心夹持器的环形空间连通,连接管路上设有压力传感器四(4.31);

所述的气体样品采集系统(6)包括气相色谱仪(6.1)、气体流量计五(6.22)、气液分离器(6.4)、背压阀(6.5)、压力传感器六(6.6)及多个控制气体流通的阀门,所述的岩心夹持器(1.1)的样品室的出口通过管路与气相色谱仪(6.1)连接,连接管路上从岩心夹持器(1.1)向气相色谱仪(6.1)的方向上依次设有所述的压力传感器六(6.6)、背压阀(6.5)、气液分离器(6.4)和气体流量计五(6.22);阀门十九(6.71)设在气相色谱仪(6.1)入口处管路上,阀门二十四(6.76)和阀门二十一(6.73)分别设在气体流量计五(6.22)入口和出口管路上,阀门二十六(6.78)设在气液分离器(6.4)的底部;

所述的抽真空系统(5)包括真空泵(5.1),所述的真空泵(5.1)与气体流量计五(6.22)和气相色谱仪(6.1)之间的管路连通,连通管路上设有阀门十七(5.21);真空泵(5.1)还与上游参考缸(1.21)和下游参考缸(1.22)之间的管路连通,连通管路上设有阀门十八(5.22);

所述的电气控制及监控系统,包括工控机、显示器及变送仪表、高速摄像机、继电保护和报警电路以及电气控制电路、配电电路及控制软件;

具体步骤如下:

a)试样装罐:对岩样进行平衡水分或平衡油分处理;接通模型系统(1)、气体控制系统(2)、温度控制系统(3)、三轴加载系统(4)、抽真空系统(5)、气体样品采集系统(6)和电气控制及监控系统的管路和线路;打开岩心夹持器(1.1),将用游标卡尺测量过的岩样放入岩心夹持器(1.1)的样品室内,放入前,在岩样上放置应变片,放置好后,将密封好的岩心夹持器(1.1)放置在温度控制系统(3)内的电加热套内;

b)气密性检查:由环压跟踪泵(4.2)对岩心夹持器(1.1)加围压至2MPa;打开除阀门七(2.82)、阀门八(2.83)和阀门十五(2.90)之外的所有阀门,向试验装置内注入高纯氦气,将装置内部的空气替换出去;关闭所有阀门,打开除阀门六(2.81)、阀门七(2.82)、阀门八(2.83)和阀门十五(2.90)外的所有阀门,启用真空泵(5.1)对装置进行抽真空;关闭所有阀门,运行控制软件,对岩心夹持器(1.1)加热至试验温度;打开阀门六(2.81)、阀门十(2.85)、阀门十三(2.88)、阀门十六(2.91)和阀门一(1.61),向上游参考缸(1.21)内注入高纯氦气,使上游参考缸(1.21)内的压力高于试验最高压力1MPa,关闭阀门十六(2.91),打开阀门二(1.62),使上游参考缸(1.21)和岩心夹持器(1.1)的样品室之间压力平衡,同时增加围压和轴压,保证注入压力和围压、轴压同时升高至试验要求压力,关闭阀门一(1.61);打开阀门十六(2.91)、阀门三(1.63)和阀门四(1.64),向下游参考缸(1.22)内注入高纯氦气,使下游参考缸(1.22)内的压力高于试验最高压力1MPa,关闭阀门十六(2.91),使下游参考缸(1.22)和岩心夹持器(1.1)的样品室之间压力平衡,同时增加围压和轴压,保证注入压力和围压、轴压同时升高至试验要求压力,关闭阀门二(1.62)、阀门三(1.63)和阀门四(1.64);采集上游参考缸(1.21)、下游参考缸(1.22)和岩心夹持器内的压力数据,观察压力是否平稳;若压力平稳,将装置内的气体泄放掉,同时卸掉围压,若压力不平稳,重复步骤a);

c)进行渗透率测试:

①由环压跟踪泵(4.2)向岩心夹持器(1.1)加围压至2MPa,打开除阀门六(2.81)、阀门七(2.82)、阀门八(2.83)和阀门十五(2.90)外的所有阀门,启用真空泵(5.1)对装置进行抽真空;运行控制软件,打开阀门八(2.83),向装置内注入少量纯度为99.99%的高纯甲烷,清洗管路;再抽真空,注入甲烷清洗管路,重复3-5次,确保装置内的氦气清洗干净;

②关闭所有阀门,设置并调节温度控制系统的温度,使岩心夹持器(1.1)的温度稳定在试验设计温度;

③打开阀门十(2.85)、阀门十三(2.88)、阀门十六(2.91)、阀门二(1.62)、阀门三(1.63)、阀门四(1.64),再打开阀门八(2.83)或阀门七(2.82)或阀门六(2.81),向下游参考缸(1.22)内注入甲烷或CO2或氦气,使其压力达到试验设计压力,关闭阀门十六(2.91)和阀门二(1.62),使下游参考缸(1.22)和岩心夹持器(1.1)样品室二者压力平衡,同时增加围压和轴压;

④停止注入气体,待岩心夹持器(1.1)内的压力和围压、轴压稳定;若岩心夹持器(1.1)内的压力下降,重复步骤③,直至岩心夹持器(1.1)样品室内的压力及围压、轴压稳定在试验设计压力;

⑤打开阀门十六(2.91)和阀门一(1.61),向上游参考缸(1.21)内注入甲烷或CO2或氦气,使其内的气体注入压力高于岩心夹持器(1.1)和下游参考缸(1.22)内的气体压力,使其达到试验设计入口压力;

⑥关闭阀门十六(2.91),停止注入气体,打开阀门二(1.62),使上游参考缸(1.21)、岩心夹持器(1.1)样品室和下游参考缸(1.22)之间连通;

⑦启动控制软件采集时间、岩心夹持器(1.1)样品室内的压力、温度、应力-应变、两个参考缸内的压力及压差等相关数据,并形成数据文件;按照下式计算岩样的渗透率值:

式中,K为测试渗透率,md;c为岩样孔隙中流体压缩系数,1/MPa;μ为流体粘度,mPs·s;

为岩样孔隙度;L为岩样长度,m;s为上、下游参考缸压差△p与时间t在半对数坐标中的斜率;a、b分别为岩样孔隙体积与上、下游参考缸容积的比值,当a=b=1时,f(a,b)=1.71;

d)试验系统清理:试验结束后,打开除阀门六(2.81)、阀门七(2.82)和阀门八(2.83)之外的所有阀门,对装置内的气体进行泄放,同时将岩心夹持器(1.1)内的围压及轴压卸掉;

解除管路及线路连接,冷却降温;取出岩心夹持器(1.1)样品室内的岩样,将装置的各元件归类放好。

2.根据权利要求1所述的一种三轴渗透率测试方法,其特征是:装置中所有的压力传感器和压差传感器的精度为0.05%,灵敏度为±0.05F.S;气体控制系统(2)内的恒温水浴(2.5)的控温精度为±0.1℃,工作温度为150℃,气体增压泵(2.7)的增压比为100:1;三轴加载系统(4)内环压跟踪泵(4.2)的流量精度为0.001ml/min、液压伺服仪(4.1)的轴向负荷精度为±1%;模型系统(1)内的应变测试仪(1.5)的测量精度为0.2%±2με;温度控制系统(3)内的温度传感器的测量精度为0.1℃。

3.根据权利要求1或2所述的一种三轴渗透率测试方法,其特征是:在模型系统(1)内岩心夹持器(1.1)和上游参考缸(1.21)、下游参考缸(1.22)保压过程中,管路和容器密封圈无泄漏时,压力波动范围在0.05MPa以下,温度波动在0.5℃以内。