一种三轴渗透率测试方法技术

本发明专利技术公开了一种三轴渗透率测试方法，属于煤层气开采领域，由模型系统(1)盛装岩样和施加压力脉冲，由气体控制系统(2)向模型系统(1)提供试验气体，由温度控制系统(3)控制模型系统(1)温度，由三轴加载系统(4)向模型系统(1)岩心夹持器施加围压和轴压，由抽真空系统(5)对试验装置抽真空，由气体样品采集系统(6)检测试验后气体组分，由电气控制及监控系统对试验过程进行监控；具体步骤为：试样装罐、气密性检查、进行渗透率测试、试验系统清理。本发明专利技术能够在实验室内模拟深部地层高温高压环境，通过在岩样入口端施加压力脉冲，计算压力脉冲的衰减数据得到岩样渗透率。本发明专利技术测试效率高、受外界干扰小，测试结果更加准确。

A three axis permeability test method

The invention discloses a triaxial permeability test method, which belongs to the field of coalbed methane production. The model system (1) loads rock samples and applies pressure pulses, provides test gas to the model system (1) by the gas control system (2), controls the model system (1) temperature by the temperature control system (3), and transfers the triaxial loading system (4) to the model system (1). The core holder applies confining pressure and axial pressure, and the test device is vacuum pumped by the vacuum system (5). The gas component is detected by the gas sample collection system (6) and the test process is monitored by the electrical control and monitoring system. The concrete steps are: sample loading, gas tightness inspection, permeability testing, and test system cleaning. Reason. The invention can simulate the high temperature and high pressure environment of deep formation in laboratory, and calculate the attenuation data of pressure pulse to obtain the permeability of rock sample by applying pressure pulse at the entrance of rock sample. The invention has high test efficiency, small external interference and more accurate test results.

【技术实现步骤摘要】
一种三轴渗透率测试方法
本专利技术涉及一种试验方法，特别是涉及一种三轴渗透率测试方法，属于煤层气开采领域。
技术介绍
煤层气(煤矿瓦斯)、页岩气是新型的高效洁净能源。煤层气和页岩气开发对缓解我国油气资源紧张现状、减轻矿井灾害程度、减少温室气体排放等具有重要意义，是我国增强能源自主保障能力与调整优化能源结构的重要途径。我国煤层气、页岩气资源丰富，2000m以浅的煤层气储量达到36.81×1012m3，页岩气储量高达30×1012m3以上，开发潜力巨大。然而我国煤层气、页岩气开发利用率偏低，制约其开发的一个重要因素是煤层与页岩属于致密岩层，渗透率总体偏低，加之我国地质构造条件复杂，煤层气、页岩气难以被有效产出。对岩样渗透率的理论研究对煤层气与页岩气的实际生产具有重要的意义，现有实验室进行渗透率测试的方法，对于煤层及页岩等致密岩石，试验效率较低、试验过程易受环境温度影响，测试结果误差相对较大。因此，设计一种适用于煤层及页岩等致密岩石的高效准确的渗透率测试方法具有重要的理论及实际生产指导意义。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种三轴渗透率测试方法，能够在实验室内模拟深部底层高温高压环境，通过在岩样入口端施加压力脉冲，测量压力脉冲在岩样中的衰减数据，即可计算得出岩样的渗透率。本专利技术测试效率高、测试过程受外界的干扰小，测试结果更加准确。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种三轴渗透率测试方法，所使用的试验装置包括：用于盛装岩样和施加压力脉冲的模型系统、用于向模型系统提供试验用气体的气体控制系统、用于控制模型系统温度并使其保持恒温的温度控制系统、用于向模型系统内岩心夹持器施加围压和轴压的三轴加载系统、用与对试验装置抽真空的抽真空系统、用于收集并检测试验后气体组分的气体样品采集系统和电气控制及监控系统；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、气体控制系统、温度控制系统、三轴加载系统、抽真空系统、气体样品采集系统和电气控制及监控系统的管路和线路；打开岩心夹持器，将用游标卡尺测量过的岩样放入岩心夹持器的样品室内，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放置在温度控制系统内的电加热套内；b)气密性检查：由环压跟踪泵对岩心夹持器加围压至2MPa；打开除阀门七、阀门八和阀门十五之外的所有阀门，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、阀门七、阀门八和阀门十五外的所有阀门，启用真空泵对装置进行抽真空；关闭所有阀门，运行控制软件，对岩心夹持器加热至试验温度；打开阀门六、阀门十、阀门十三、阀门十六和阀门一，向上游参考缸内注入高纯氦气，使上游参考缸内的压力高于试验最高压力1MPa，关闭阀门十六，打开阀门二，使上游参考缸和岩心夹持器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；打开阀门十六、阀门三和阀门四，向下游参考缸内注入高纯氦气，使下游参考缸内的压力高于试验最高压力1MPa，关闭阀门十六，使下游参考缸和岩心夹持器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、阀门三和阀门四；采集上游参考缸、下游参考缸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由环压跟踪泵向岩心夹持器加围压至2MPa，打开除阀门六、阀门七、阀门八和阀门十五外的所有阀门，启用真空泵对装置进行抽真空；运行控制软件，打开阀门八，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，使岩心夹持器的温度稳定在试验设计温度；③打开阀门十、阀门十三、阀门十六、阀门二、阀门三、阀门四，再打开阀门八或阀门七或阀门六，向下游参考缸内注入甲烷或CO2或氦气，使其压力达到试验设计压力，关闭阀门十六和阀门二，使下游参考缸和岩心夹持器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，待岩心夹持器内的压力和围压、轴压稳定；若岩心夹持器内的压力下降，重复步骤③，直至岩心夹持器样品室内的压力及围压、轴压稳定在试验设计压力；⑤打开阀门十六和阀门一，向上游参考缸内注入甲烷或CO2或氦气，使其内的气体注入压力高于岩心夹持器和下游参考缸内的气体压力，使其达到试验设计入口压力；⑥关闭阀门十六，停止注入气体，打开阀门二，使上游参考缸、岩心夹持器样品室和下游参考缸之间连通；⑦启动控制软件采集时间、岩心夹持器样品室内的压力、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、阀门七和阀门八之外的所有阀门，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；取出岩心夹持器样品室内的岩样，将装置的各元件归类放好。进一步的，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；气体控制系统内的恒温水浴的控温精度为±0.1℃，工作温度为150℃，气体增压泵的增压比为100:1；三轴加载系统内环压跟踪泵的流量精度为0.001ml/min、液压伺服仪的轴向负荷精度为±1％；模型系统内的应变测试仪的测量精度为0.2％±2με；温度控制系统内的温度传感器的测量精度为0.1℃。进一步的，在模型系统内岩心夹持器和上游参考缸、下游参考缸保压过程中，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。本专利技术通过气体控制系统向模型系统提供试验用的甲烷气体、氦气或CO2，在气体经过气体增加泵前，先由恒温水浴对气体进行预加热，尤其是CO2，经过先加热后加压后即可生成超临界CO2，既满足了试验的气体状态的条件，又简化了管路和设备之间的连接；通过温度控制系统控制岩心夹持器所处的温度并保持恒温状态；通过三轴加载系统中的液压伺服仪对岩心夹持器施加轴压、通过环压跟踪泵对岩心夹持器样品室施加围压；气体控制系统、温度控制系统和三轴加载系统保证了岩心夹持器内岩样所处的环境尽可能地与深部地层的地质环境相一致。本专利技术还通过抽真空系统在试验开始之前对装置进行抽真空，避免了空气和其他杂质对试验的准确性产生影响；通过气体样品采集系统对反应后的气体组分进行分析，电气控制及监控系统能够使试验人员远距离的操作试验装置及控制试验流程，对压力容器外状态进行视频监控，并且能够拍摄、录制试验过程，能够保障系统安全。本专利技术的模型系统主要包括岩心夹持器和上游、下游两个参考缸，在上游参考缸内注入压力高于下游参考缸、岩心夹持器之间平衡压力的气体，通过测量此脉冲压力在岩样中的衰减数据，计算得到了岩样的渗本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：用于盛装岩样和施加压力脉冲的模型系统(1)、用于向模型系统(1)提供试验用气体的气体控制系统(2)、用于控制模型系统(1)温度并使其保持恒温的温度控制系统(3)、用于向模型系统(1)内岩心夹持器施加围压和轴压的三轴加载系统(4)、用与对试验装置抽真空的抽真空系统(5)、用于收集并检测试验后气体组分的气体样品采集系统(6)和电气控制及监控系统；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：...

【技术特征摘要】
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：用于盛装岩样和施加压力脉冲的模型系统(1)、用于向模型系统(1)提供试验用气体的气体控制系统(2)、用于控制模型系统(1)温度并使其保持恒温的温度控制系统(3)、用于向模型系统(1)内岩心夹持器施加围压和轴压的三轴加载系统(4)、用与对试验装置抽真空的抽真空系统(5)、用于收集并检测试验后气体组分的气体样品采集系统(6)和电气控制及监控系统；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世奇，黄华州，杜艺，周效志，桑树勋，王恬，方辉煌，王冉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32