纳米尺度气体流动规律实验系统及实验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种纳米尺度气体流动规律实验系统，包括置于恒温箱内的夹持器、压力控制系统、抽真空系统、压力压差测量系统、稳压系统、流量测量系统和数据采集控制系统；压力控制系统包括进、出口压力控制单元；抽真空系统包括真空泵和抽真空管路；压力压差测量系统包括精密压力传感器和压差传感器；流量测量系统包括并联连接的第一、第二和第三支路；稳压系统包括压力缓冲罐和稳压容器，数据采集控制系统包括计算机和信号线路；本发明专利技术还公开了使用上述系统进行实验的方法。本发明专利技术的系统及方法切换实验类型和实验条件非常方便，满足从多个角度研究纳米尺度气体流动规律的需要，模拟各种页岩气矿藏的地质现场条件，为页岩气的开采提供理论指导。

Experimental system and experimental method of nanometer scale gas flow law

The invention discloses a nano scale gas flow experimental system, a gripper and a pressure control system, vacuum system, pressure differential pressure measurement system, power system, flow measurement system and data acquisition control system comprises a clamp thermostat; pressure control system including inlet and outlet pressure vacuum pumping system includes a control unit; the vacuum pump and the vacuum pipeline; pressure differential pressure measurement system includes a precision pressure sensor and differential pressure sensor; flow measurement system includes first, second and third parallel branch connection; voltage stabilizing system includes a pressure buffer tank and the pressure vessel, data acquisition and control system comprises a computer and a signal line; the invention also discloses a method of experiment the use of the system. System and method for switching experiment and the experimental conditions of the present invention is very convenient, meet the need from multiple angles of flow pattern of nano scale gas field, geological conditions simulating various shale gas deposits, provide theoretical guidance for the exploitation of shale gas.

【技术实现步骤摘要】
纳米尺度气体流动规律实验系统及实验方法
本专利技术涉及页岩气开发
，尤其涉及纳米尺度气体流动规律实验系统及方法，主要用于研究不同压差条件下纳米尺度气体流动规律和纳米尺度不同稀薄程度的气体流动规律。
技术介绍
页岩气藏是一种具有丰富纳米尺度孔隙的特低渗储层，内部纳米尺度孔隙极度发育。气体分子平均自由程（一个气体分子在连续两次碰撞之间可能通过的各段自由程的平均值，微粒的平均自由程是指微粒与其他微粒碰撞所通过的平均距离。用符号λ表示，单位为米）与孔隙尺寸相当，在此条件下有着较大的Knudsen数，气体流动存在渗流、滑流、扩散等多种流动机制，所以具有低渗特征的页岩气藏产气机制十分复杂，研究纳米尺度气体流动特征对页岩气的开发具有重要的意义。阳极氧化铝薄膜具有孔隙分布均匀且孔径可控，每张氧化铝薄膜上孔径统一特征，为简化研究本专利技术提出以具有统一孔径的纳米孔隙的阳极氧化铝薄膜为试样进行纳米尺度气体流动规律研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米尺度气体流动规律实验系统，该实验系统能够稳定可靠地夹持试样，既能够进行常压实验，又便于进行负压实验，可以测试不同压差条件下纳米尺度气体流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：包括置于恒温箱内的夹持器、压力控制系统、抽真空系统、压力压差测量系统、稳压系统、流量测量系统和数据采集控制系统；所述夹持器包括左罐体和右罐体，左罐体的右端沿径向凸起设有左连接盘，右罐体的右端沿径向凸起设有右连接盘，左连接盘和右连接盘通过螺栓可拆卸压接在一起；左连接盘的右端面上开设有左卡槽，右连接盘的左端面上开设有右卡槽，左卡槽和右卡槽相对应并组成孔板卡槽；孔板卡槽内卡接有孔板结构；孔板结构包括卡接配合的左孔板和右孔板，左孔板和右孔板的径向外端部卡接在孔板卡槽内，左孔板和右孔板的中部对应开设有气孔，左孔板上的气孔和右孔板上的气孔对应连通并左右贯通左孔板和...

【技术特征摘要】
1.纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：包括置于恒温箱内的夹持器、压力控制系统、抽真空系统、压力压差测量系统、稳压系统、流量测量系统和数据采集控制系统；所述夹持器包括左罐体和右罐体，左罐体的右端沿径向凸起设有左连接盘，右罐体的右端沿径向凸起设有右连接盘，左连接盘和右连接盘通过螺栓可拆卸压接在一起；左连接盘的右端面上开设有左卡槽，右连接盘的左端面上开设有右卡槽，左卡槽和右卡槽相对应并组成孔板卡槽；孔板卡槽内卡接有孔板结构；孔板结构包括卡接配合的左孔板和右孔板，左孔板和右孔板的径向外端部卡接在孔板卡槽内，左孔板和右孔板的中部对应开设有气孔，左孔板上的气孔和右孔板上的气孔对应连通并左右贯通左孔板和右孔板；左孔板和右孔板之间压接有由阳极氧化铝薄膜制成的圆形试样；孔板结构将夹持器的内腔分为左腔体和右腔体；所述压力控制系统包括入口压力控制单元和出口压力控制单元；入口压力控制单元包括用于储存天然气的高压气瓶、减压阀、入口压力表和入口调速阀；以气流方向为前向，高压气瓶的出口通过管路由后向前依次连接所述减压阀、入口压力表和入口调速阀；出口压力控制单元包括由后向前依次通过管路相连接的压力真空表、出口调速阀和第一手动阀；抽真空系统包括真空泵，真空泵的吸入口连接有抽真空管路，抽真空管路上设有第二手动阀；压力压差测量系统包括精密压力传感器和压差传感器，压差传感器的一端通过测量管与所述左腔体相连通，压差传感器的另一端通过测量管与所述右腔体相连通；流量测量系统包括并联连接的第一支路、第二支路和第三支路；第一支路上串联连接有第一电磁阀和量程为0~100SCCM的第一质量流量计，第二支路上串联连接有第二电磁阀和量程为0~500SCCM的第二质量流量计，第三支路上串联连接有第三电磁阀和量程为0~5000SCCM的第三质量流量计；稳压系统包括压力缓冲罐和稳压容器，压力缓冲罐通过连通管连接稳压容器，稳压容器连接有用于排空负压的第四电磁阀，压力缓冲罐上设有第一压力传感器和温度传感器；数据采集控制系统包括计算机和与计算机相连接的信号线路；所述夹持器的左腔体连通有进气管，进气管连接所述入口调速阀，进气管上串联连接有第一三通阀，第一三通阀的第三个接口连接所述精密压力传感器，所述精密压力传感器、压差传感器、第一至第四电磁阀、第一至第三质量流量计、第一压力传感器和温度传感器分别通过所述信号线路连接所述计算机；所述夹持器的右腔体连通有出气管，出气管连接所述出口压力控制单元的压力真空表；所述出气管上设有第二三通阀，第二三通阀的第三个接口连接所述抽真空管路；所述流量测量系统与出口压力控制单元之间设有第一四通阀，所述流量测量系统的气体流出端设有第二四通阀；以气流方向为前向，所述第一支路、第二支路和第三支路的后端分别连接所述第一四通阀的一个接口，第一四通阀的第四个接口连接所述出口压力控制单元的管路的前端；所述第一支路、第二支路和第三支路的前端分别连接所述第二四通阀的一个接口，第二四通阀的第四个接口连接有第三三通阀，第三三通阀的另外两个接口分别连接排空管和稳压进气管，排空管上设有第三手动阀；稳压进气管连接所述压力缓冲罐，稳压进气管上设有第四手动阀。2.根据权利要求1所述的纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：所述左孔板和右孔板的径向外端部之间通过螺栓压接在一起；所述左孔板的中部向右凸起设有卡台，所述右孔板的中部设有与所述卡台相适配的凹槽，卡台卡入所述凹槽，且所述试样压接在卡台与凹槽的槽底之间。3.根据权利要求1或2所述的纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：所述连通管上设有第五手动阀；压力缓冲罐容积大于等于5升，稳压容器的容积大于等于15升。4.根据权利要求1或2所述的纳米尺度气体流动规律实验系统，其特征在于：所述卡台径向外侧的左孔板的左侧表面开设有环形的左密封槽，左密封槽与左连接盘围成的环形空间内压设有左密封圈；所述凹槽径向外侧的右孔板的左侧表面设有中间密封槽，左孔板与中间密封槽围成的环形空间内压设有中间密封圈；所述凹槽径向外侧的右孔板的右侧表面设有右密封槽，右连接盘与中间密封槽围成的环形空间内压设有右密封圈。5.使用权利要求3中所述纳米尺度气体流动规律实验系统进行常压实验的方法，其特征在于依次按以下步骤进行：第一步骤是装样连接步骤，首先关闭所有阀门，将圆形试样装入夹持器的左孔板和右孔板之间，通过螺栓将左孔板和右孔板压接在一起，将左孔板和右孔板组成的孔板结构装入孔板卡槽，然后通过螺栓将左罐体和右罐体压接在一起，再将进气管和出气管分别连接在夹持器的左右两端，并确保连接处密封良好；第二步骤是抽真空步骤；首先打开入口调速阀、出口调速阀、第一手动阀、第二手动阀以及第一至第三电磁阀，启动真空泵对系统进行脱气处理，根据压力真空表的读数判断是否达到实验的真空度要求，当压力真空表的读数为0时，关闭入口调速阀、出口调速阀、第一手动阀、第二手动阀以及第一至第三电磁阀，并关闭真空泵；第三步骤是调温步骤；调节恒温箱的温度，将温度调节至实验设定的范围，确保实验系统处于恒温状态；第四步骤是通气步骤；打开减压阀、第三手动阀、第一手动阀和出口调速阀，根据精密压力传感器的示数调节入口调速阀，将夹持器的进气压力调节至实验设定的数值；高压气瓶内的气体通过进气管进入夹持器的左腔体，然后依次通过左孔板、试样和右腔体，由出气管流出夹持器；第五步骤是计量步骤；根据试验的设计要求调节出口调速阀从而将试样两侧的气体压差调节至预定值，计算机持续采集并记录精密压力传感器传送的压力数据以及压差传感器传送的压差数据；根据气体流量的大小，量程大于气体实际流量且量程与气体实际流量最为接近的质量流量计为最匹配质量流量计，打开最匹配质量流量计所在支路上的电磁阀，从而通过第一或第二或第三质量流量计精确测定常压条件以及特定压差条件下的气体质量流量，气体通过流量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王登科，魏建平，姚邦华，刘勇，李波，王洪磊，刘淑敏，夏玉玲，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41