岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试设备及方法技术

本发明专利技术专利提供了岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试设备及方法，包括岩样固定装置、气压装置，所述岩样固定装置包括黄金管夹持套、岩心室、恒温套、固定头、定位助推杆、补偿过渡器，通过岩心夹持器实现给岩心施加围压，通过多级压力传感器，实现对不同压力段的压力精确测定；通过多级减压阀实现对高压等温吸附解吸时泄压的精确控制，具有结构简单，测试数据精准的特点。

Isothermal Adsorption/Desorption and Displacement Testing Equipment and Method under Rock Overburden Pressure

【技术实现步骤摘要】
岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试设备及方法
本专利技术属于岩石吸附气量
，尤其涉及岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试设备及方法。
技术介绍
评价页岩气及煤层气经济可采性的关键因素，在于页岩及煤的含气性，页岩或煤岩含气量是指每吨岩石中所含天然气在标准状态下的体积，以页岩气为例，获取页岩含气性性质的方法主要由解吸法、等温吸附法、测井解释法等，其中等温吸附法是通过实验室内一定温度下通过测定不同压力条件下样品对气体吸附量的方法，结合以适当的数理方程从而确定样品对气体的吸附能力。目前常用的等温吸附仪按照测试原理的差异，分为重量法和容量法2种，重量法是通过测定样品在特定温度、压力条件下气体吸附平衡状态的重量，加和此时的浮力，计算其质量变化，从而得到样品的气体吸附量；其中浮力是对应条件下压力腔内气体密度与样品体积的乘积，而气体密度则由测定压力腔内加挂的固定体积空心铅锤重量变化得到；容量法是通过测定样品在特定温度、压力条件下气体吸附平衡状态的气体压力变化量，计算其气体体积变化，从而得到样品的气体吸附量，一般情况下，等温吸附测试都要将研究样品磨碎至一定粒径以后经过脱气或平衡水处理以后开展测试分析，测试温度为系统设定温度，测试压力为系统内气体压力，而实际地质条件下，页岩会同时受到围岩压力和流体压力的双重影响，上述实验系统均无法实现对围岩压力的控制，除此以外，常规等温吸附仪器设备由于高压条件下泄压速度快，因此对于解吸过程的测试难以精确控制，对于准确评价煤层气或页岩气的产气能力及解析效率均存在缺陷；同时，因为压力传感器测量精度与量程之间难以平衡，大量程压力传感器精度往往不高，因此高压等温吸附仪的低压测点准确度不高。为了实现围岩压力下岩石等温吸附实验研究，中国专利技术专利申请一种岩石三轴实验设备及方法，申请号：2017106100350提供了一种三轴试验设备，包括主框架和压力室；其中主框架为口字形框架，中央设有用于容置压力室的空间；该压力室包括筒体和底座，该筒体余底座可拆卸的通过分体式卡箍固定在一起以形成密封的内腔；在筒体内设有上压头和下压头，上压头和下压头的位置相对应以对试件施压轴向压力；且所述底座上设有围压进出口以对试件施加径向压力；且所述筒体内设有轴向引伸计和径向引伸计；在筒体的顶部设有排气口，且在下压头上设有进气口；还包括压力室围压伺服加载机构，以为压力室提供试验所需的动力，该专利是以设备为基础，辅以容量法等温吸附实验系统，可以基本实现覆压等温吸附实验，等温吸附实验原理可参照《煤的高压等温吸附试验方法GB/T19560-2008》。简言之，就是通过状态方程，通过气体压力的改变，求取测试实验系统的自由体积和死体积，然后同样采用气体压力变化的原理，求取样品吸附气量。但存在缺点为：1、覆压通过六面实现三轴加压，密封性差，较难实现30MPa以上的高压等温吸附；2、高压等温吸附压力精度不够，一般情况下，压力表量程越大，对应精度越低，对于单个压力传感器而言，高压等温吸附仪的低压部分数据相对误差较大；3、常规高压等温吸附仪由于泄压过快，因此难以实现等温吸附实验结束以后的解吸过程模拟。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
的阐述，本专利技术提供岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试设备及方法，通过高精度的设备和合理的方法，实现对岩石含气量的精确测量。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试设备，包括岩样固定装置、气压装置，所述岩样固定装置包括黄金管夹持套、岩心室、恒温套、固定头、定位助推杆、补偿过渡器，岩心室两端分别顺序设置补偿过渡器和定位助推杆，固定头固定定位助推杆，定位助推杆连接补偿过渡器，所述固定头通过螺帽分别固定在岩心室两端，黄金管夹持套设置在岩心室外侧，恒温套设置在黄金管夹持套外侧，所述恒温套外层设置围压腔，围压腔设置顶部围压注入口和底部围压注入口，不锈钢钢管分别连接顶部围压注入口和底部围压注入口后连接围压注射泵，在不锈钢钢管上，通过三通接头A连接压力传感器A，气管B分别连接所述岩心室顶部和底部两端的开口，在气管B中部设置三通接头B，位于岩心室顶部和三通接头B之间的气管B上设置连着电磁阀H的高压气动阀H，同时通过三通接头J连接高压气动阀J，高压气动阀J连接驱替压力传感器和电磁阀J，通过三通接头K连接高压气动阀F，高压气动阀F连接电磁阀F，三通接头B与参考室下端开口连接，三通接头B与参考室之间的气管A上设置连接电磁阀D的高压气动阀D，在参考室上端开口通过气管C连接三通接头E，在气管C上至少设置三个三通接头，每个三通接头通过高压气动阀连接电磁阀，三通接头E通过气管D连接增压泵，在增压泵两端分别连接三通接头F和三通接头G，三通接头F和三通接头G之间通过气管E连接三通接头H，三通接头H连接压力传感器B，三通接头F和三通接头H之间的气管E上通过电磁阀G连接高压气动阀G，同时增压泵连接带有空气压缩泵的空气压缩罐，三通接头E与三通接头F之间的气管D上通过电磁阀A连接高压气动阀A，在气管D一端通过标定气体减压阀连接标定气体钢瓶，在气管D上的三通接头G后的气管D上通过三通接头L连接吸附气体减压阀，吸附气体减压阀连接吸附气体钢瓶，三通接头E一端通过气管E设置泄压排气口，在气管E上通过电磁阀E连接高压气动阀E和至少设置三个减压阀，分别是一级减压阀、二级减压阀、三级减压阀，所述三通接头E和三通接头A之间的管线和参考室、岩心室均设置在恒温油浴箱体内。上述技术方案中，所述黄金管夹持套用丁腈橡胶外覆铝箔替代。一种岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试方法，包括如下步骤：Q1、在岩心室装入处理好并已称重的岩心样品；Q2、在恒温恒压环境下，施加目标围压后，用He气完成测试设备的测漏测试；Q3、在测试设备处于恒温环境当中，泄压至与大气压同一水平后，保持Q2步骤中围压恒定，然后打开标定气体减压阀，对测试设备体积标定；Q4、在测试设备处于恒温环境当中，对岩心样品进行等温吸附测试；Q5、在测试设备处于恒温环境当中，对岩心样品进行解吸附测试；Q6、在测试设备处于恒温环境当中，对岩心样品进行注气驱替测试。本专利技术有益效果：通过岩心夹持器实现给岩心施加围压，通过多级压力传感器，实现对不同压力段的压力精确测定；通过多级减压阀实现对高压等温吸附解吸时泄压的精确控制，具有结构简单，测试数据精准的特点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1本专利技术实施例的结构示意图。图2是本专利技术新型实施例数据的曲线图。1-标定气体钢瓶，2-吸附气体钢瓶，3-标定气体减压阀，4-吸附气体减压阀，5-三通接头L，6-空气压缩罐泄压口，7-空气压缩罐，8-空气压缩泵，9-压缩空气截止阀，10-增压泵，11-高压气动阀A，12-电磁阀A，13-三通接头E，14-三通接头C1，15-电磁阀B，16-高压气动阀B，17-一级压力传感器，18-三通接头C2，19-电磁阀K，20-高压气动阀K，21-二级压力传感器，22-三通接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试设备，其特征在于：包括岩样固定装置、气压装置，所述岩样固定装置包括黄金管夹持套、岩心室、恒温套、固定头、定位助推杆、补偿过渡器，岩心室两端分别顺序设置补偿过渡器和定位助推杆，固定头固定定位助推杆，定位助推杆连接补偿过渡器，所述固定头通过螺帽分别固定在岩心室两端，黄金管夹持套设置在岩心室外侧，恒温套设置在黄金管夹持套外侧，所述黄金管夹持套外层设置围压腔，围压腔设置顶部围压注入口和底部围压注入口，不锈钢钢管分别连接顶部围压注入口和底部围压注入口后连接围压注射泵，在不锈钢钢管上，通过三通接头A连接压力传感器A，气管B分别连接所述岩心室顶部和底部两端的开口，在气管B中部设置三通接头B，位于岩心室顶部和三通接头B之间的气管B上设置连着电磁阀H的高压气动阀H，同时通过三通接头J连接高压气动阀J，高压气动阀J连接驱替压力传感器和电磁阀J，通过三通接头K连接高压气动阀F，高压气动阀F连接电磁阀F，三通接头B与参考室下端开口连接，三通接头B与参考室之间的气管A上设置连接电磁阀D的高压气动阀D，在参考室上端开口通过气管C连接三通接头E，在气管C上至少设置三个三通接头，每个三通接头通过高压气动阀连接电磁阀，三通接头E通过气管D连接增压泵，在增压泵两端分别连接三通接头F和三通接头G，三通接头F和三通接头G之间通过气管E连接三通接头H，三通接头H连接压力传感器B，三通接头F和三通接头H之间的气管E上通过电磁阀G连接高压气动阀G，同时增压泵连接带有空气压缩泵的空气压缩罐，三通接头E与三通接头F之间的气管D上通过电磁阀A连接高压气动阀A，在气管D一端通过标定气体减压阀连接标定气体钢瓶，在气管D上的三通接头G后的气管D上通过三通接头L连接吸附气体减压阀，吸附气体减压阀连接吸附气体钢瓶，三通接头E一端通过气管E设置泄压排气口，在气管E上通过电磁阀E连接高压气动阀E和至少设置三个减压阀，分别是一级减压阀、二级减压阀、三级减压阀，所述三通接头E和三通接头A之间的管线和参考室、岩心室均设置在恒温油浴箱体内。...

【技术特征摘要】
1.岩石覆压条件下等温吸附/解吸和驱替测试设备，其特征在于：包括岩样固定装置、气压装置，所述岩样固定装置包括黄金管夹持套、岩心室、恒温套、固定头、定位助推杆、补偿过渡器，岩心室两端分别顺序设置补偿过渡器和定位助推杆，固定头固定定位助推杆，定位助推杆连接补偿过渡器，所述固定头通过螺帽分别固定在岩心室两端，黄金管夹持套设置在岩心室外侧，恒温套设置在黄金管夹持套外侧，所述黄金管夹持套外层设置围压腔，围压腔设置顶部围压注入口和底部围压注入口，不锈钢钢管分别连接顶部围压注入口和底部围压注入口后连接围压注射泵，在不锈钢钢管上，通过三通接头A连接压力传感器A，气管B分别连接所述岩心室顶部和底部两端的开口，在气管B中部设置三通接头B，位于岩心室顶部和三通接头B之间的气管B上设置连着电磁阀H的高压气动阀H，同时通过三通接头J连接高压气动阀J，高压气动阀J连接驱替压力传感器和电磁阀J，通过三通接头K连接高压气动阀F，高压气动阀F连接电磁阀F，三通接头B与参考室下端开口连接，三通接头B与参考室之间的气管A上设置连接电磁阀D的高压气动阀D，在参考室上端开口通过气管C连接三通接头E，在气管C上至少设置三个三通接头，每个三通接头通过高压气动阀连接电磁阀，三通接头E通过气管D连接增压泵，在增压泵两端分别连接三通接头F和三通接头G，三通接头F和三通接头G之间通过气管E连接三通接头H，三通接头H连接压力传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：付德亮，田涛，杨甫，徐静，韩元红，
申请(专利权)人：陕西省煤田地质集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61