一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器及其测试方法技术

本发明专利技术公开了一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器及其测试方法。它包括承压压头、承载限制装置、恒温系统、承压基座、用于固定测试岩石试件的固定单元、缓冲气罐、氦气储气罐、测试气体储气罐、油泵、油路、气体管路、气压表和气体开关，承压基座上设恒温系统和固定单元，恒温系统内设承载限制装置、固定单元、缓冲气罐、油泵、气压表和上进气开关、下进气开关，油泵通过油路与固定单元的单元主体内腔相连通；恒温系统外部设氦气储气罐、测试气体储气罐、氦气开关和测试气开关，缓冲气罐分别通过氦气和测试气管路与氦气储气罐和测试气体储气罐相连通，氦气和测试气管路分别设氦气开关和测试气开关。它具有结构简单、组装方便和工作安全可靠等特点。

A High Pressure Gas Adsorption Testing Instrument for Rock Fracturing and Its Testing Method

The invention discloses a high pressure gas adsorption testing instrument for rock fracturing and a testing method thereof. It includes pressure head, load limiting device, constant temperature system, pressure base, fixed unit, buffer gas tank, helium gas storage tank, test gas storage tank, oil pump, oil pipeline, gas pipeline, barometer and gas switch for fixed testing rock specimen, constant temperature system and fixed unit for pressure base, load limiting device, fixed unit and buffer for constant temperature system. Gas tanks, oil pumps, barometers, upper and lower intake switches, oil pumps are connected with the main chamber of the fixed unit through the oil circuit; helium storage tanks, test gas storage tanks, helium switches and test gas switches are installed outside the thermostat system, and buffer gas tanks are connected with helium storage tanks and test gas storage tanks through helium and test gas pipelines respectively, helium and test gas storage tanks are connected. Helium gas switch and test gas switch are respectively installed in the pipeline. It has the characteristics of simple structure, convenient assembly and safe and reliable operation.

【技术实现步骤摘要】
一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器及其测试方法
本专利技术涉及一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器及其测试方法。
技术介绍
岩石气体高压吸附现象在诸多领域具有十分重要的意义，例如煤岩/页岩的气体高压吸附直接决定着煤岩/页岩气体储量的大小，进而决定着开采项目的经济型，而泥岩/盐岩的气体高压吸附能力是评价岩石对于气体密封性和气体密封量的重要评价因素，在天然气储存和二氧化碳地质封存方面具有重要的作用。在中国专利技术专利说明书CN105043920A中公开了一种测量岩体恒温吸附和监测岩体应变的测试方法及仪器，属于岩体恒温和岩体应变的测试方法及仪器。该测试方法，通过间接重力法测试岩体的恒温吸附能力，同时可在所测样品侧面贴横向以及纵向应变片，在岩样达到吸附平衡的过程中同时监测岩样的应变情况，便于分析岩体吸附与岩体微观应力之间的关系；增设多个吸附罐同时对不同粒径范围内的岩样进行吸附测试，岩体样品粒径测量范围广，粒径测试范围覆盖100μm-20mm。本测量岩体恒温吸附和监测岩体应变的测试方法通过高精度天平称重来计算样品的吸附量，与以往的体积法测吸附量不同。可用于实验室、测试企业以及政府部门确定岩石对气体的吸附量。测试仪器单一，连接处少，增强了系统的密封性，操作较为简单、计算方法简单可靠、精确度高。目前，岩石气体高压吸附大都以理想气体方程为理论基础，用氦气作为标定气体进行测试，然而此类测试仪器仅针对测试不同气体温度和气体压力时岩石高压吸附的结果进行测定，而没有关注到岩石在地下环境中的应力条件的变化，尤其是岩石在高应力三轴压裂作用下岩石开裂、连通路径扩张对岩石高压吸附的影响。专利技术内容针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器。它具有结构简单、组装方便和工作安全可靠等特点。不仅可以快速、简便地获得大型岩石厘米级试件不同温度和气体压力下气体高压吸附规律，最重要的是还可以通过固定单元围压和垂向压力来改变岩石的应力环境，真实模拟岩石在人为压裂作用下岩石的气体高压吸附规律，为富含气体岩石提高气体开采效率、密封岩石增大储气能力提供强有力的基础保障。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器。它包括承压压头、承载限制装置、恒温系统、承压基座、用于固定测试岩石试件的固定单元、缓冲气罐、氦气储气罐、测试气体储气罐、油泵、油路、气体管路、气压表和气体开关，气体开关包括上进气开关、下进气开关、氦气开关和测试气开关，气体管路包括上进气管路、下进气管路及氦气和测试气管路，承压基座上设恒温系统和固定单元，恒温系统内设承载限制装置、固定单元、缓冲气罐、油泵、油路、上进气管路、下进气管路、气压表和上进气开关、下进气开关，固定单元包括上盖、单元主体、下座和固定螺栓，下座上设单元主体，单元主体上设上盖，下座与上盖通过固定螺栓相连接，单元主体内设测试岩石试件，测试岩石试件设在下座上，测试岩石试件上端设承载限制装置，承载限制装置上设承压压头和上盖，缓冲气罐上下两端分别通过上进气管路和下进气管路与设在固定单元的主体内腔相连接，上进气管路上设上进气开关和气压表，下进气管路上设下进气开关，油泵通过油路与固定单元的单元主体内腔相连通；恒温系统外部设氦气储气罐、测试气体储气罐、氦气开关和测试气开关，缓冲气罐分别通过氦气和测试气管路与氦气储气罐和测试气体储气罐相连通，氦气和测试气管路分别设氦气开关和测试气开关。所述承载限制装置用于承载垂直荷载，并限制活动压头的垂向位移，包括活动压头、上承盖、螺栓、密封橡胶和下封盖，上承盖与下封盖通过螺栓固定连接，上承盖与下封盖之间设空腔，空腔内设活动压头，活动压头的形状为十字型，活动压头分别穿过上承盖与下封盖，上承盖与下封盖分别通过密封橡胶与活动压头相连接，活动压头上端设承压压头，下端设在测试岩石试件上。所述测试岩石试件的上下两侧均安装气体分散片，这样，所述测试岩石试件上下两侧安装气体分散片对气体进入路径进行分散处理，让气体进入路径更加均匀(如图2所示)，测试岩石试件上面设基盖，测试岩石试件通过基座固定设在下座上，并采用橡胶皮套和金属套箍进行密封。所述缓冲气罐用于为孔隙率测试提供压力，缓冲气罐上端通过上进气管路与固定单元的单元主体内腔的测试岩石试件相连接，缓冲气罐下端通过下进气管路与固定单元内腔的测试岩石试件相连接。所述氦气储气罐，用于为缓冲气罐提供氦气，用于岩石的孔隙体积校准，氦气储气罐通过氦气和测试气管路与缓冲气罐相连通，并在氦气和测试气管路上设氦气开关。所述测试气体储气罐，用于为缓冲气罐提供测试气体，测试气体储气罐通过氦气和测试气管路与缓冲气罐相连通，并在氦气和测试气管路上设测试气开关。所述气压表用于测量气体的压力，气压表用于测试缓冲气罐的气体压力。所述油泵用于为固定单元的单元主体内腔提供围压，油泵上设油压表，用于测量固定单元单元主体内腔的围压。所述气体开关，用于控制气体在管道内的流动，其中，上进气开关控制固定单元上进气管路，下进气开关控制固定单元下进气管路，氦气开关和测试气开关分别控制氦气储气罐和测试气体储气罐为缓冲气罐注入气体的气体管路。所述测试岩石试件尺寸为直径50cm、高度100mm。与现有技术相比，本专利技术产生的有益效果是：由于采用了上述结构，使用时，本专利技术不仅可以快速、简便地获得大型岩石厘米级试件不同温度和气体压力下气体高压吸附规律，最重要的是还可以通过固定单元围压和垂向压力来改变岩石的应力环境，真实模拟岩石在人为压裂作用下岩石的气体高压吸附规律，为富含气体岩石提高气体开采效率、密封岩石增大储气能力提供强有力的基础保障。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术的承载限制装置放大结构示意图；图3为本专利技术测试岩石试件设置放大结构示意图；图中：1－上盖、2－单元主体、3－测试岩石试件、4－固定螺栓、5－下座、6－基座、7－油路、8－油泵、9－恒温系统、10－氦气和测试气管路、11－氦气开关、12－测试气开关、13－测试气体储气罐、14－氦气储气罐、15－缓冲气罐、16－上进气管路、17－气压表、18－上进气开关、19－下进气开关、20－下进气管路、21－承压压头、22－承载限制装置、221－活动压头、222－上承盖、223－螺栓、224－密封橡胶、225－下封盖、23－承压基座、24－气体分散片、25－金属套箍和26－橡胶皮套。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1至图3示出了本专利技术各种结构示意图。如图1至图3所示，本专利技术提供了一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器。它包括承压压头21、承载限制装置22、恒温系统9、承压基座23、用于固定测试岩石试件3的固定单元、缓冲气罐15、氦气储气罐14、测试气体储气罐13、油泵8、油路7、气体管路、气压表17和气体开关，气体开关包括上进气开关18、下进气开关19、氦气开关11和测试气开关12，气体管路包括上进气管路16、下进气管路20及氦气和测试气管路10，承压基座23上设恒温系统9和固定单元，恒温系统9内设承载限制装置22、固定单元、缓冲气罐15、油泵8、油路7、上进气管路16、下进气管路20、气压表17和上进气开关18、下进气开关19，固定单元包括上盖1、单元主体2、下座5和固定螺栓4，下座5上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器，它包括承压压头(21)、承载限制装置(22)、恒温系统(9)、承压基座(23)、用于固定测试岩石试件(3)的固定单元、缓冲气罐(15)、氦气储气罐(14)、测试气体储气罐(13)、油泵(8)、油路(7)、气体管路、气压表(17)和气体开关，气体开关包括上进气开关(18)、下进气开关(19)、氦气开关(11)和测试气开关(12)，气体管路包括上进气管路(16)、下进气管路(20)及氦气和测试气管路(10)，其特征在于：承压基座(23)上设恒温系统(9)和固定单元，恒温系统(9)内设承载限制装置(22)、固定单元、缓冲气罐(15)、油泵(8)、油路(7)、上进气管路(16)、下进气管路(20)、气压表(17)和上进气开关(18)、下进气开关(19)，固定单元包括上盖(1)、单元主体(2)、下座(5)和固定螺栓(4)，下座(5)上设单元主体(2)，单元主体(2)上设上盖(1)，下座(5)与上盖(1)通过固定螺栓(4)相连接，单元主体(2)内设测试岩石试件(3)，测试岩石试件(3)设在下座(5)上，测试岩石试件(3)上端设承载限制装置(22)，承载限制装置(22)上设承压压头(21)和上盖(1)，缓冲气罐(15)上下两端分别通过上进气管路(16)和下进气管路(20)与设在固定单元的主体内腔相连接，上进气管路(16)上设上进气开关(18)和气压表(17)，下进气管路(20)上设下进气开关(19)，油泵(8)通过油路(7)与固定单元的单元主体(2)内腔相连通；恒温系统(9)外部设氦气储气罐(14)、测试气体储气罐(13)、氦气开关(11)和测试气开关(12)，缓冲气罐(15)分别通过氦气和测试气管路(10)与氦气储气罐(14)和测试气体储气罐(13)相连通，氦气和测试气管路(10)分别设氦气开关(11)和测试气开关(12)。...

【技术特征摘要】
1.一种岩石压裂高压气体吸附测试仪器，它包括承压压头(21)、承载限制装置(22)、恒温系统(9)、承压基座(23)、用于固定测试岩石试件(3)的固定单元、缓冲气罐(15)、氦气储气罐(14)、测试气体储气罐(13)、油泵(8)、油路(7)、气体管路、气压表(17)和气体开关，气体开关包括上进气开关(18)、下进气开关(19)、氦气开关(11)和测试气开关(12)，气体管路包括上进气管路(16)、下进气管路(20)及氦气和测试气管路(10)，其特征在于：承压基座(23)上设恒温系统(9)和固定单元，恒温系统(9)内设承载限制装置(22)、固定单元、缓冲气罐(15)、油泵(8)、油路(7)、上进气管路(16)、下进气管路(20)、气压表(17)和上进气开关(18)、下进气开关(19)，固定单元包括上盖(1)、单元主体(2)、下座(5)和固定螺栓(4)，下座(5)上设单元主体(2)，单元主体(2)上设上盖(1)，下座(5)与上盖(1)通过固定螺栓(4)相连接，单元主体(2)内设测试岩石试件(3)，测试岩石试件(3)设在下座(5)上，测试岩石试件(3)上端设承载限制装置(22)，承载限制装置(22)上设承压压头(21)和上盖(1)，缓冲气罐(15)上下两端分别通过上进气管路(16)和下进气管路(20)与设在固定单元的主体内腔相连接，上进气管路(16)上设上进气开关(18)和气压表(17)，下进气管路(20)上设下进气开关(19)，油泵(8)通过油路(7)与固定单元的单元主体(2)内腔相连通；恒温系统(9)外部设氦气储气罐(14)、测试气体储气罐(13)、氦气开关(11)和测试气开关(12)，缓冲气罐(15)分别通过氦气和测试气管路(10)与氦气储气罐(14)和测试气体储气罐(13)相连通，氦气和测试气管路(10)分别设氦气开关(11)和测试气开关(12)。2.如权利要求1所述的岩石压裂高压气体吸附测试仪器，其特征在于：所述承载限制装置(22)用于承载垂直荷载，并限制活动压头(221)的垂向位移，包括活动压头(221)、上承盖(222)、螺栓(223)、密封橡胶(224)和下封盖(225)，上承盖(222)与下封盖(225)通过螺栓(223)固定连接，上承盖(222)与下封盖(225)之间设空腔，空腔内设活动压头(221)，活动压头(221)的形状为十字型，活动压头(221)分别穿过上承盖(222)与下封盖(225)，上承盖(222)与下封盖(225)分别通过密封橡胶(224)与活动压头(221)相连接，活动压头(221)上端设承压压头(21)，下端设在测试岩石试件(3)上。3.如权利要求1所述的岩石压裂高压气体吸附测试仪器，其特征在于：所述测试岩石试件(3)的上下两侧均安装气体分散片(24)，测试岩石试件(3)上面设基盖，测试岩石试件(3)通过基座(6)固定设在下座(5)上，并采用橡胶皮套(26)和金属套箍(25)进行密封。4.如权利要求1所述的岩石压裂高压气体吸附测试仪器，其特征在于：所述缓冲气罐(15)用于为孔隙率测试提供压力，缓冲气罐(15)上端通过上进气管路(16)与固定单元的单元主体(2)内腔的测试岩石试件(3)相连接，缓冲气罐(15)下端通过下进气管路(20)与固定单元内腔的测试岩石试件(3)相连接。5.如权利要求1所述的岩石压裂高压气体吸附测试仪器，其特征在于：所述氦气储气罐(14)，用于为缓冲气罐(15)提供氦气，用于岩石的孔隙体积校准，氦气储气罐(14)通过氦气和测试气管路(10)与缓冲气罐(15)相连通，并在氦气和测试气管路(10)上设氦气开关(11)。6.如权利要求1所述的岩石压裂高压气体吸附测试仪器，其特征在于：所述测试...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋杨，王妍白，周军文，卞正宁，冯宁宁，施林林，王启航，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32