【技术实现步骤摘要】
本文涉及但不限于测定煤层气扩散系数领域，尤其涉及但不限于一种测定煤层气扩散系数的装置及其方法。
技术介绍
1、在能源开发利用领域，煤层气作为一种清洁能源受到越来越多专业技术人员的重视。在煤层气的勘探开发过程中，煤层气含气量是重要的基础参数，是计算煤层气的储量、采收率的重要依据之一。煤层气的解吸扩散特征对于煤层气的含气量以及储量评估有极大的影响。
2、煤层气的解吸扩散特征的扩散系数是描述扩散过程的重要参数。扩散过程的模型以及求解扩散系数的方法主要分成四类：(1)多孔隙的扩散模型：通过在扩散模型中增加孔隙类别的方法建立模型，例如三孔隙模型。扩散过程当中的孔隙类别可以利用扩散系数来描述，有限孔隙量的扩散模型理论上可以增加至n种。随着孔隙种类的增加，采用多孔隙的扩散模型的方法计算扩散系数，其计算较为复杂而难以求解。(2)建立扩散方程：建立时间和扩散系数之间的函数，建立与模型相关的扩散方程，然后进行解析解，求解描述扩散过程。(3)经验公式法：通过如负指数等方法建立时间与扩散系数的关系。该方法误差较大，由于不同区块和地区的煤层气藏的经验公式形式繁多，并且不具有明显的物理意义和严格的数学推导关系，因此采用经验公式法进行现场试验时，其描述扩散过程的适应性差，难于推广使用。(4)实验法：模拟煤层气扩散的实验多采用3mm以下的颗粒煤，全部实验的时间不超过30min，并且不能连续实验，采用实验法时存在煤层气扩散的理论计算与实验结果不能结合的问题。
3、煤层气开采时首先要排水降压，当煤储层压力降到小于ch4临界解吸压力时，吸附态
4、对煤层气扩散模型的研究建立，最初为单孔隙扩散模型，后期为双孔隙扩散模型、三孔隙扩散模型和多重孔隙扩散模型，以及改进的双孔隙扩散模型。专利cn104266951b公开了一种精确测量特定载荷下煤岩试样的孔隙率，以及精确测定煤岩试样受载过程中孔隙率的动态变化规律的装置和方法。专利cn113392567b提供一种双重空隙煤体的煤层气预测方法和系统，基于有限差分方法，得到煤体的双重孔隙瓦斯流动差分模型，基于达西定律，计算钻孔的瓦斯流量和/或瓦斯抽采量。
5、对于上述扩散模型理论的发展历程的分析总结，具备完整的物理数学意义可供现场使用的模型是：经典单孔隙扩散模型、双孔隙扩散模型以及分形反常扩散模型。其中，单孔隙扩散模型的理论推导严格，各项参数具有明确的物理意义，在计算扩散系数方面应用广泛。
6、在描述煤层气扩散和诠释扩散过程时，经典模型的计算的准确性仍然不能满足工程师需求，并且在进行多孔隙的模型的推广外延时，计算的精度会大大降低。其中使用分型反常模型时需要确定的参数众多，给测试工作以及计算量造成较大困难，没有被广泛推广应用。至今为止仍缺少一种可以准确描述连续的煤层气扩散过程、计算扩散系数的方法和试验装置。
7、现有技术中，模拟煤层气扩散过程的试验主要来源于两方面：(1)等温吸附实验：根据国际gb/t 19560-2008《煤的高压等温吸附试验方法》，多选用等温吸附，实验采用等温吸附/解吸仪进行实验。采用此类方法进行的扩散实验，由于实验条件的限制无法模拟高温高压等实验情况，因此该类实验与实际煤样环境存在较大差异，实验结果与实际煤样真实数据有较大差异。并且，采用等温吸附实验的实验数据测定扩散系数时，计算较为繁琐，很难确定扩散系数。(2)气体组分分析方法实验：采用气相测谱仪进行气体组分分析以及扩散量计算，由于测定气相测谱仪操作的限制，气体扩散量的测定只能一次操作结束之后再进行下一次操作。
技术实现思路
1、现有技术中测定煤层气扩散系数的实验装置，存在用于一次操作的双向扩散系数的测定装置。本专利技术的实验装置在现有技术的基础上，不仅可以进行双向扩散系数的测定，而且能够进行气体连续扩散过程中的组分观察。现有技术中，采用等温吸附实验的方法进行扩散实验，由于实验条件的限制无法模拟高温高压实验情况。本专利技术的实验装置设置耐压气瓶、额外气瓶和气体处置室可以模拟煤层气在地下的高温高压的真实储藏状态，本专利技术的实验结果更接近实际煤样环境的扩散情况。本专利技术的实验装置设置两路测量系统，能够进行气体连续扩散过程中的组分观察。
2、本专利技术实施例的测定煤层气扩散系数的装置及其方法的技术方案如下：
3、一种测定煤层气扩散系数的装置，包括：
4、气体处置室，内部设有岩心夹持器；
5、两个测量系统，所述测量系统包括：
6、气源输入组件，与所述气体处置室连接，并用于向所述气体处置室供气；
7、用于采样所述气体处置室内气体的气体采集组件，包括相连接的耐压气瓶和额外气瓶，所述耐压气瓶与所述气体处置室连接，所述耐压气瓶和所述额外气瓶相连，所述气体采集组件能够容纳高温高压气体；和
8、气体组分分析组件，与所述额外气瓶连接；
9、以及
10、控制中心，与所述气体处置室、所述气源输入组件、所述气体采集组件和所述气体组分分析组件电连接。
11、一种测定煤层气扩散系数的方法，采用上述实施例所述的测定煤层气扩散系数的装置进行测定，所述方法包括：
12、(a)将岩心固定在所述岩心夹持器上，控制至少一个所述气源输入组件向所述气体处置室通入惰性气体，并获取所述气体处置室中的气压变化情况，以测定所述气体处置室内的自由空间体积；
13、(b)对所述气体处置室抽真空后，控制两个所述气源输入组件向所述气体处置室通入惰性气体，使所述气体处置室维持在设定气压，并连续采集所述耐压气瓶中气压以及气体含量；
14、(c)当所述气体处置室内气体吸附平衡后，停止向所述气体处置室内注入惰性气体，并控制两个所述气源输入组件向所述气体处置室同时注入不同的实验气体，控制两个所述额外气瓶从两个所述耐压气瓶抽取相同体积的气体，并保持所述气体处置室内的气压不变；
15、(d)将两个所述额外气瓶与两个所述气体组分分析组件一一对应连通，并记录所述额外气瓶内的气压变化，保持两个所述额外气瓶内的气压相同，通过两个所述气体采集组件采集所述气体处置室内的气体并记录采集时间，并利用两个所述气体组分分析组件进行气体组分分析；
16、(e)待所述气体处置室和所述额外气瓶的气体组分稳定后，确定扩散过程达到平衡；
17、(f)利用所述气体组分分析组件分析所述额外气瓶内气体组分，根据以下公式进行计算扩散系数：
18、
19、其中，qt表示t时刻的累计扩散量，q∞表示扩散过程达到平衡的累计扩散量，d表示扩散系数，rd表示岩心的颗本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述耐压气瓶(221)内部镶嵌刚性骨架。
4.根据权利要求1所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述耐压气瓶(221)和所述额外气瓶(222)之间采用卡套式高压接头连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，两个所述测量系统(2)的所述气源输入组件(21)分别与所述气体处置室(1)的相对的两端连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，还包括：
7.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述气源输入组件(21)和所述气体处置室(1)之间设有第一阀门(8)；
8.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述额外气瓶(222)和所述气体组分分析组件(23)之间设有第二阀门(
9.根据权利要求8所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述第二阀门(9)和所述气体组分分析组件(23)之间设有第一流量计(13)、和温度计(14)。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述气体组分分析组件(23)包括气相色谱仪(16)，所述气相色谱仪(16)的检测器(161)的下游连接有第二流量计(15)。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述气源输入组件(21)包括气源部(211)和真空泵(212)；
12.一种测定煤层气扩散系数的方法，其特征在于，采用权利要求1至11中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置进行测定，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述耐压气瓶(221)内部镶嵌刚性骨架。
4.根据权利要求1所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述耐压气瓶(221)和所述额外气瓶(222)之间采用卡套式高压接头连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，两个所述测量系统(2)的所述气源输入组件(21)分别与所述气体处置室(1)的相对的两端连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，还包括：
7.根据权利要求1至4中任一项所述的测定煤层气扩散系数的装置，其特征在于，所述气源输入组件(21)和所述气体处置室(1)之间设有第一阀门(8)；
【专利技术属性】
技术研发人员：毛得雷，李治平，张双源，王丹群，徐博瑞，尹军杰，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。