瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置及方法
【專利摘要】一種瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置及方法，屬于巖石工程和非常規(guī)油氣藏工程領(lǐng)域。本發(fā)明瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的測(cè)試裝置包括：三軸壓力室、偏壓控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、上端滲透系統(tǒng)、下端滲透系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)。瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的方法，先標(biāo)定參考體積，為試樣提供圍壓偏壓溫度環(huán)境后，進(jìn)行瞬態(tài)滲透率和穩(wěn)態(tài)滲透率的測(cè)試。本發(fā)明提供符合工程實(shí)際的偏壓、背壓和恒溫測(cè)試環(huán)境，溫度的波動(dòng)誤差控制在±0.1℃以內(nèi)，氣體體積誤差可控制在0.3％以內(nèi)，注入壓力的誤差可控制在0.5％以內(nèi)?？梢酝瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)定壓和定容兩種方式下的瞬態(tài)滲透率測(cè)定；采用定容方式測(cè)定滲透率時(shí)，可根據(jù)孔隙體積大小，調(diào)節(jié)參考容器的體積。
【專利說(shuō)明】瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖石工程和非常規(guī)油氣藏工程領(lǐng)域，特別涉及瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著常規(guī)油氣藏資源儲(chǔ)量的日益衰減，非常規(guī)油氣藏資源作為一種重要的戰(zhàn)略性補(bǔ)充能源，其勘探和開(kāi)發(fā)制約著中國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。我國(guó)非常規(guī)油氣藏資源主要包括頁(yè)巖氣、致密砂巖氣、煤層氣和深部致密油氣藏，其中頁(yè)巖氣儲(chǔ)量超過(guò)常規(guī)天然氣，致密砂巖氣、煤層氣儲(chǔ)量均與頁(yè)巖氣儲(chǔ)量相當(dāng)。十二五規(guī)劃中明確要求2015年頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到65億立方米，然而由于中國(guó)含氣頁(yè)巖的基礎(chǔ)理論研究仍十分匱乏，目前，除了四川盆地處于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)初期，其他區(qū)塊并未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)開(kāi)采。致密砂巖氣和煤層氣雖然已進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段，但其產(chǎn)氣量低、衰減快，運(yùn)未能達(dá)到與常規(guī)天然氣相當(dāng)?shù)纳虡I(yè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)量。造成目前非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)瓶頸的重要原因之一在于缺乏適用于非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石試驗(yàn)研究的測(cè)試裝置和方法，從而導(dǎo)致非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)和開(kāi)采技術(shù)出現(xiàn)偏差。
[0003]非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石滲透率是其評(píng)價(jià)、選區(qū)、勘探和開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)所需要的重要參數(shù)之一。非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層與常規(guī)天然氣儲(chǔ)層相比具有獨(dú)有的特點(diǎn):非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石較為致密，孔隙度、滲透率都比常規(guī)儲(chǔ)層巖石低。含氣頁(yè)巖孔隙度小于6%，滲透率范圍為IOyD-0.1nD0致密砂巖氣儲(chǔ)層巖石孔隙度小于10%，滲透率多小于0.lmD。非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層致密巖石滲透率的準(zhǔn)確測(cè)量成為制約非常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
[0004]在非常規(guī)天然氣開(kāi)采過(guò)程中，氣體通過(guò)孔隙和裂隙通道運(yùn)移至井筒，氣體壓力沿儲(chǔ)層到井筒逐漸降低，其滲透的最大壓差為儲(chǔ)層壓力與井筒壓力的差值。由于非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層高埋深的特點(diǎn)，非常規(guī)天然氣井存在一段氣柱，使得氣體出口處的井底壓力大于大氣壓。因此，致密巖石滲透率測(cè)定需在一定背壓條件下進(jìn)行，現(xiàn)有的致密巖石穩(wěn)態(tài)法滲透率測(cè)定中，由于并未考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和以及現(xiàn)有設(shè)備的限制，氣體低壓端均直接連通大氣，其低壓端壓力即為大氣壓。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層致密巖石滲透率測(cè)定的合理氣體壓力高壓端應(yīng)采用致密巖石儲(chǔ)層壓力，低壓端則應(yīng)采用氣井井底壓力，可見(jiàn)低壓端采用大氣壓的測(cè)量方式偏離了工程實(shí)際，使得所測(cè)得的致密巖石滲透率出現(xiàn)偏差。
[0005]在實(shí)際的非常規(guī)天然氣開(kāi)采過(guò)程中，隨著排采降壓的不斷進(jìn)行，孔隙流體壓力的變化引起儲(chǔ)層巖石有效應(yīng)力的改變，導(dǎo)致巖石骨架發(fā)生改變，即引起應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)的變化；另一方面頁(yè)巖氣藏骨架的變形場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的變化又將導(dǎo)致頁(yè)巖孔隙度、滲透率等滲流物性參數(shù)的變化，進(jìn)一步影響孔隙、裂隙流體在巖石內(nèi)的運(yùn)移。非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石的滲透性能是上述應(yīng)力場(chǎng)、變形場(chǎng)、滲流場(chǎng)之間的動(dòng)態(tài)耦合作用的結(jié)果。中國(guó)非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層埋深大，多位于地下500-3500m，且經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)改造作用，使得儲(chǔ)層巖石處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)中。綜上，非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石滲透率的準(zhǔn)確測(cè)量必須要提供符合工程實(shí)際的偏應(yīng)力環(huán)境，而目前的非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石滲透率測(cè)試方法中所提供的應(yīng)力環(huán)境多為靜水壓力環(huán)境。[0006]高埋深使得非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層處于一定的溫度環(huán)境中，埋深越大，其儲(chǔ)層溫度越高。高溫環(huán)境使得儲(chǔ)層巖石骨架膨脹，骨架之間的孔隙和微裂隙被壓縮，滲透率降低；同時(shí)又會(huì)使得儲(chǔ)層中的氣體分子活躍。穩(wěn)態(tài)法測(cè)試非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石滲透率時(shí)，試樣出口端流量非常小，必須具有高精度的恒溫環(huán)境才可以保證流量測(cè)定的準(zhǔn)確度。綜上，非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石滲透率的準(zhǔn)確測(cè)量必須要為試樣和測(cè)試氣體同時(shí)提供符合工程實(shí)際的恒溫環(huán)境。
[0007]目前致密巖石滲透率的測(cè)試系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)注入氣體的加溫，只實(shí)現(xiàn)了對(duì)試樣進(jìn)行加溫。在測(cè)試中，溫度的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致注氣壓力不穩(wěn)定，使得瞬態(tài)法壓力測(cè)試和穩(wěn)態(tài)法流量測(cè)試出現(xiàn)誤差，進(jìn)而影響致密巖石滲透率測(cè)定的準(zhǔn)確性。致密巖石的出口端流量非常微小，利用穩(wěn)態(tài)法測(cè)試致密巖石滲透率時(shí)，需測(cè)得能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量出口氣體流量，現(xiàn)有的滲透率測(cè)定常采用排水法人工記錄讀數(shù)，該方法將氣體收集裝置暴露在空氣中，導(dǎo)致溫度波動(dòng)對(duì)氣體收集產(chǎn)生影響；且人工記錄誤差較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)流量測(cè)定。
[0008]現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)試樣的加熱或通過(guò)將整個(gè)三軸腔室置入恒溫水浴加溫，或通過(guò)加溫三軸腔室的液壓油對(duì)試樣加溫，這兩種方法均要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的熱傳導(dǎo)才可以使試樣達(dá)到恒定的溫度，而如何確保和判斷試樣達(dá)到指定溫度這個(gè)問(wèn)題并未得到解決。另外，對(duì)于滲透測(cè)試所用氣體加溫后，必須等待氣體達(dá)到熱平衡后才可以開(kāi)始測(cè)試，而如何判斷其達(dá)到熱平衡狀態(tài)，目前更未有過(guò)相關(guān)報(bào)道。
[0009]目前測(cè)試巖石滲透率主要有瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法兩種方法。瞬態(tài)法依靠測(cè)試壓力變化計(jì)算巖石滲透率，在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試氣體優(yōu)先沿優(yōu)勢(shì)裂隙通道通過(guò)，氣體壓力的降低多損耗在裂隙通道中，并非氣體通過(guò)整個(gè)試樣截面的能力。穩(wěn)態(tài)法依靠測(cè)試試樣出口端流量變化計(jì)算滲透率，穩(wěn)態(tài)法要求達(dá)到流量穩(wěn)定，耗時(shí)較長(zhǎng)，但測(cè)量過(guò)程中氣體通過(guò)整個(gè)試樣的截面。非常規(guī)天然氣勘探開(kāi)發(fā)需提供更為可靠和豐富的測(cè)試參數(shù)，采用瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法同時(shí)對(duì)試樣滲透率進(jìn)行測(cè)定，可以得到更為準(zhǔn)確的儲(chǔ)層滲透率范圍，使得勘探開(kāi)發(fā)方案的制定更為可靠。
[0010]對(duì)于含氣頁(yè)巖、煤等非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層巖石，地下取芯易破碎，成樣率很低，試驗(yàn)巖心非常寶貴，對(duì)同一塊試樣進(jìn)行兩種不同滲透率方法的測(cè)定不僅可以節(jié)約試樣，而且在現(xiàn)有勘探巖心有限的條件下提供最為豐富和可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)，也使得兩種滲透率測(cè)定結(jié)果的可對(duì)比性更強(qiáng)。目前，致密巖石滲透率的瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法測(cè)定分別采用不同設(shè)備展開(kāi)，若需要同時(shí)測(cè)定同一試樣兩種方法下的滲透率，則需要將已施加于試樣的應(yīng)力卸載，然后再用另一滲透率測(cè)定方法的測(cè)試設(shè)備開(kāi)展。這種測(cè)試方法不能在同一測(cè)試過(guò)程中測(cè)定兩種方法下的滲透率，首次滲透率測(cè)定卸載圍壓后會(huì)引起試樣原有的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，致使測(cè)試結(jié)果的可對(duì)比性差。且現(xiàn)有的致密巖石滲透率瞬態(tài)法系統(tǒng)或采用兩端定容方式、或采用兩端定壓方式，而不同類型、不同測(cè)試氣體適用的致密巖石適用的瞬態(tài)法類別不同，當(dāng)測(cè)試氣體采用吸附性氣體時(shí)，需采用一端定壓一端定容的瞬態(tài)測(cè)試方法；當(dāng)測(cè)試巖石孔隙度較大時(shí)，定容測(cè)試方法所需的參考容器體積也越大，完善的致密巖石瞬態(tài)法滲透率測(cè)試系統(tǒng)須同時(shí)具備定容和定壓方式，并且同時(shí)具備參考體積可調(diào)的功能，以便于根據(jù)不同巖石調(diào)整適合的瞬態(tài)滲透率測(cè)試方法。
[0011]實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置和方法的技術(shù)難點(diǎn)在于:
[0012]1.致密巖石孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)其滲透性能影響很大，且致密巖石穩(wěn)、瞬態(tài)滲透率測(cè)試方法、原理和測(cè)試的物理量不同，如何在不改變致密巖石孔隙結(jié)構(gòu)的條件下準(zhǔn)確測(cè)得致密巖石兩種方法下的滲透率。
[0013]2.如何提供可變參考體積、可變定壓和定容方式的測(cè)試系統(tǒng)。
[0014]3.穩(wěn)態(tài)法測(cè)試致密巖石滲透率時(shí)，試樣上端出口流量非常微小，如何實(shí)時(shí)獲得準(zhǔn)確的氣體流量。
[0015]4.如何為穩(wěn)態(tài)法下致密巖石滲透率的測(cè)定提供背壓條件，且在背壓條件下如何實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲得試樣出口流量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種可以實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置及方法。
[0017]瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，包括三軸壓力室、偏壓控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、上端滲透系統(tǒng)、下端滲透系統(tǒng)、壓差傳感器、抽真空系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)；
[0018]三軸壓力室包括軸壓室、圍壓室和試樣加溫裝置；試樣加溫裝置設(shè)置在圍壓室內(nèi)；
[0019]偏壓控制系統(tǒng)與三軸壓力室的軸壓室相連通；
[0020]圍壓控制系統(tǒng)與恒溫三軸壓力室的圍壓室相連通；
[0021]上端滲透系統(tǒng)，包括高壓注入泵和至少I個(gè)儲(chǔ)氣容器，高壓注入泵與儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端相連通，儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三軸壓力室圍壓室底部穿孔與試樣上部相連通；
[0022]下端滲透系統(tǒng)，包括高壓注入泵和至少I個(gè)儲(chǔ)氣容器，高壓注入泵與儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端相連通，儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三軸壓力室圍壓室底部穿孔與試樣下部相連通；
[0023]壓差傳感器，分別與上端滲透系統(tǒng)和下端滲透系統(tǒng)相連通，壓差傳感器靠近三軸壓力室設(shè)置；
[0024]抽真空系統(tǒng)，分別與上端滲透系統(tǒng)及下端滲透系統(tǒng)相連通；
[0025]恒溫系統(tǒng)，包括低溫槽，所述的恒溫系統(tǒng)分別與上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵及下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵相連接，上端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器和下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器放置在低溫槽內(nèi)；
[0026]數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)，與三軸壓力室的數(shù)據(jù)控制端、偏壓控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制端、圍壓控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制端、上端滲透系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制端、下端滲透系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制端和壓差傳感器的數(shù)據(jù)控制端相連接。
[0027]其中:
[0028]上端滲透系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、高壓注入泵、儲(chǔ)氣容器、壓力傳感器和截止閥；高壓氣瓶與減壓閥的一端相連通，減壓閥的另一端與高壓注入泵的進(jìn)氣端相連通，高壓注氣泵的出氣端與儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端相連通，儲(chǔ)氣容器的出氣端與三軸壓力室的試樣上部通過(guò)圍壓室底部穿孔相連通，在高壓氣瓶和減壓閥之間、減壓閥和高壓注入泵之間、高壓注入泵和儲(chǔ)氣容器之間、儲(chǔ)氣容器和三軸壓力室試樣上部之間均設(shè)置有截止閥，儲(chǔ)氣容器和三軸壓力室試樣之間的截止閥靠近三軸壓力室設(shè)置，靠近三軸壓力室的截止閥和三軸壓力室的試樣之間設(shè)置有壓力傳感器。[0029]下端滲透系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、高壓注入泵、儲(chǔ)氣容器、壓力傳感器和截止閥，高壓氣瓶與減壓閥的一端相連通，減壓閥的另一端與高壓注入泵的進(jìn)氣端相連通，高壓注氣泵的出氣端與儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端相連通，儲(chǔ)氣容器的出氣端與三軸壓力室的試樣下部通過(guò)圍壓室底部穿孔相連通，在高壓氣瓶和減壓閥之間、減壓閥和高壓注入泵之間、高壓注入泵和儲(chǔ)氣容器之間、儲(chǔ)氣容器和三軸壓力室試樣下部之間均設(shè)置有截止閥，儲(chǔ)氣容器和三軸壓力室試樣之間的截止閥靠近三軸壓力室設(shè)置，靠近三軸壓力室的截止閥和三軸壓力室的試樣之間設(shè)置有壓力傳感器。
[0030]三軸壓力室的試樣加溫裝置，包括試樣表面的溫度傳感器、測(cè)油溫傳感器和加熱線圈；試樣表面溫度傳感器緊貼試樣放置，測(cè)油溫傳感器豎直放置于恒溫三軸壓力室的圍壓室內(nèi)，加熱線圈緊貼恒溫三軸壓力室圍壓室的側(cè)壁放置。
[0031 ] 偏壓控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、上端滲透系統(tǒng)、下端滲透系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)的管路均采用不銹鋼耐壓管線。上端滲透系統(tǒng)、下端滲透系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)的不銹鋼耐壓管線外部均包裹保溫夾套。
[0032]上端滲透系統(tǒng)或下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器為I個(gè)或2個(gè)。
[0033]偏壓控制系統(tǒng)和圍壓控制系統(tǒng)中均設(shè)置有壓力傳感器，壓力傳感器數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)相連。
[0034]采用瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，進(jìn)行本發(fā)明的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的方法，所選用的非吸附性氣體為氦氣或氮?dú)?，所選用的吸附性氣體為甲烷或二氧化碳，具體包括如下步驟:
[0035]步驟一、標(biāo)定參考體積
[0036](I)定性分析，根據(jù)測(cè)試氣體的不同和致密巖石孔隙度的大小，選用以下測(cè)試方案的一種:
[0037]方案一:測(cè)試氣體為吸附性氣體，致密巖石孔隙度小于5%，采取上端定壓下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器；
[0038]方案二:測(cè)試氣體為吸附性氣體，致密巖石孔隙度大于5%，采取上端定壓下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為2個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)的2個(gè)儲(chǔ)氣容器并列設(shè)置，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端通過(guò)三通與下端滲透系統(tǒng)高壓注入泵的出氣端相連通，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三通與三軸壓力室的試樣下端相連通；
[0039]方案三:測(cè)試氣體為非吸附性氣體，致密巖石孔隙度小5%，采取上端定壓下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器；
[0040]方案四:測(cè)試氣體為非吸附性氣體，致密巖石孔隙度小5%，采取上端定容下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器；
[0041]方案五:測(cè)試氣體為非吸附性氣體，致密巖石孔隙度大于5%，采取上端定壓下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為2個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)的2個(gè)儲(chǔ)氣容器并列設(shè)置，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端通過(guò)三通與下端滲透系統(tǒng)高壓注入泵的出氣端相連通，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三通與三軸壓力室的試樣下端相連通；
[0042]方案六:測(cè)試氣體為非吸附性氣體，致密巖石孔隙度大于5%，采取上端定容下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為2個(gè)儲(chǔ)氣容器，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端通過(guò)三通與上端滲透系統(tǒng)高壓注入泵的出氣端相連通，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三通與三軸壓力室的試樣上端相連通；下端滲透系統(tǒng)為2個(gè)儲(chǔ)氣容器，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端通過(guò)三通與下端滲透系統(tǒng)高壓注入泵的出氣端相連通，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三通與三軸壓力室的試樣下端相連通；
[0043](2)、將試樣表面第一溫度傳感器緊貼標(biāo)準(zhǔn)鋼樣固定，標(biāo)準(zhǔn)鋼樣上、下端均放置多孔墊片；外部套上熱塑管進(jìn)行隔絕密封；
[0044](3)、利用圍壓控制系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)試樣提供圍壓σ & ;利用偏壓控制系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)試樣提供偏壓σ dl ；
[0045](4)、打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)所有截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)所有截止閥，用抽真空系統(tǒng)，將標(biāo)準(zhǔn)鋼樣、管線、閥門(mén)、多孔墊片及接頭內(nèi)氣體抽出，待達(dá)到所需真空狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)；
[0046](5)、關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥；利用上端滲透系統(tǒng)在壓力P1下將上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵充滿所選用的測(cè)試方案中的氣體，使上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵以壓力P1獨(dú)立運(yùn)行，關(guān)閉所選用的測(cè)試方案中的氣體對(duì)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵的供給；利用下端滲透系統(tǒng)在壓力P1下將下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵充滿所選用的測(cè)試方案中的氣體，使下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵以壓力PJi立運(yùn)行，關(guān)閉所選用的測(cè)試方 案中的氣體對(duì)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵的供給；
[0047](6)、啟動(dòng)三軸壓力室內(nèi)的加熱線圈，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鋼樣加溫，使標(biāo)準(zhǔn)鋼樣達(dá)到溫度T1 ;利用恒溫系統(tǒng)使上端滲透系統(tǒng)和儲(chǔ)氣容器和下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器達(dá)到溫度T1 ;使上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體達(dá)到恒定溫度T1，待上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵泵內(nèi)氣體的體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣加溫后的上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵泵內(nèi)氣體體積v15_stMl_a和標(biāo)準(zhǔn)鋼樣加溫后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積v16_stMl_a ；
[0048](7)、根據(jù)所選用的測(cè)試方案，對(duì)應(yīng)如下操作的一種，確定參考體積:
[0049]方案一:關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)的下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積
Vl6-steel-b ?
[0050]方案一的下端滲透系統(tǒng)參考體積Vd:
[0051]Vd 一 Vi6-steel-a_Vl6-steel-b ;
[0052]方案二:關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積
Vl6-steel-b ?
[0053]方案二的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
[0054]Vd = V16-steel-a_V16-steel-b ;
[0055]方案三:關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的的截止閥，打開(kāi)不端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)的下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積
Vl6-steel-b ?
[0056]方案三的下端滲透系統(tǒng)參考體積: [0057]Vd 一 Vi6-steel-a_Vl6-steel-b ;
[0058]方案四:關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)上端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積
Vl5-steel-b ?
[0059]方案四的上端滲透系統(tǒng)參考體積:
[0060]Vu = V15-steel-a_V15-steel-b ;
[0061]關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)的下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積v16_stMl_b ；
[0062]方案四的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
[0063]Vd 一 Vi6-steel-a_Vl6-steel-b ;
[0064]方案五:關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積
Vl6-steel-b ?
[0065]方案五的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
[0066]Vd 一 Vi6-steel-a_Vl6-steel-b ;
[0067]方案六:關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)上端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積
Vl5-steel-b，
[0068]方案六的上端滲透系統(tǒng)參考體積:
[0069]Vu 一 Vi5-steel-a_Vl5-steel-b ;
[0070]關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積v16_stMl_b ；
[0071]方案六的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
[0072]Vd 一 Vi6-steel-a_Vl6-steel-b ;[0073]步驟二、為致密巖石試樣提供符合工程實(shí)際的圍壓偏壓和溫度環(huán)境
[0074](8)、將表面第一溫度傳感器緊貼致密巖石試樣固定,致密巖石試樣上、下端均放置多孔墊片；致密巖石試樣外部套上熱塑管進(jìn)行隔絕密封；軸向位傳感器上端與壓頭固定連接，環(huán)向位移傳感器環(huán)繞在致密巖石試樣上；
[0075](9)、利用圍壓控制系統(tǒng)為致密巖石試樣提供圍壓σ & ;利用偏壓控制系統(tǒng)為致密巖石試樣提供偏壓0 dl ；
[0076](10)、打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)所有截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)所有截止閥，用抽真空系統(tǒng)，將標(biāo)準(zhǔn)鋼樣、管線、閥門(mén)、多孔墊片及接頭內(nèi)氣體抽出，待達(dá)到所需真空狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)；
[0077](11)關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，利用上端滲透系統(tǒng)在壓力P1下將上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵、所選用測(cè)試方案中的上端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器充滿所選用測(cè)試方案中的氣體，利用下端滲透系統(tǒng)在壓力P1下將下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵、所選用測(cè)試方案中的下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器充滿所選用測(cè)試方案中的氣體；關(guān)閉所選用測(cè)試方案中的氣體對(duì)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵及下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵的供給，運(yùn)行上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵，使上端滲透系統(tǒng)和下端滲透系統(tǒng)中氣體壓力保持恒定值P1 ；
[0078](12)、啟動(dòng)三軸壓力室的加熱線圈，對(duì)三軸壓力室內(nèi)致密巖石試樣加溫，使致密巖石試樣達(dá)到恒定溫度T1 ;利用恒溫系統(tǒng)使上端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器和下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器達(dá)到恒定溫度T1，使上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵泵內(nèi)氣體達(dá)到恒定溫度T1，待上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，即可開(kāi)始下一步操作；
[0079]步驟三、利用瞬態(tài)法測(cè)試致密巖石試樣的滲透率
[0080](13)、同時(shí)打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的的截止閥和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，使上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵同時(shí)向致密巖石試樣以壓力P1注入氣體，待壓差傳感器的讀數(shù)為零時(shí)，關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥；
[0081](14)、根據(jù)選取的測(cè)試方案，對(duì)應(yīng)如下操作的一種:
[0082]方案一:將下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵的壓力升高至P2，壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，使得下端變?yōu)槎ㄈ轄顟B(tài)，讀取此時(shí)壓差傳感器的讀數(shù)和時(shí)間h，
[0083]打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，使下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵向致密巖石試樣下端注入氣體，待壓差傳感器示數(shù)穩(wěn)定后，讀取此時(shí)壓差傳感器的讀和時(shí)間tn，根據(jù)公式計(jì)算試樣圍壓Qcl、偏壓Qdl、溫度T1、背壓P1、注氣壓力P2下的致密巖石的瞬態(tài)法的滲透率:
【權(quán)利要求】
1.一種瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，其特征在于:包括三軸壓力室、偏壓控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、上端滲透系統(tǒng)、下端滲透系統(tǒng)、壓差傳感器、抽真空系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)； 所述的三軸壓力室包括軸壓室、圍壓室和試樣加溫裝置；試樣加溫裝置設(shè)置在圍壓室內(nèi)； 所述的偏壓控制系統(tǒng)與三軸壓力室的軸壓室相連通； 所述的圍壓控制系統(tǒng)與恒溫三軸壓力室的圍壓室相連通； 所述的上端滲透系統(tǒng)，包括高壓注入泵和至少I個(gè)儲(chǔ)氣容器，高壓注入泵與儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端相連通，儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三軸壓力室圍壓室底部穿孔與試樣上部相連通； 所述的下端滲透系統(tǒng)，包括高壓注入泵和至少I個(gè)儲(chǔ)氣容器，高壓注入泵與儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端相連通，儲(chǔ)氣容器的 出氣端通過(guò)三軸壓力室圍壓室底部穿孔與試樣下部相連通； 所述的壓差傳感器，分別與上端滲透系統(tǒng)和下端滲透系統(tǒng)相連通，壓差傳感器靠近三軸壓力室設(shè)置； 所述的抽真空系統(tǒng)，分別與上端滲透系統(tǒng)及下端滲透系統(tǒng)相連通； 所述的恒溫系統(tǒng)，包括低溫槽，所述的恒溫系統(tǒng)分別與上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵及下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵相連接，上端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器和下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器放置在低溫槽內(nèi)； 所述的數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)，與三軸壓力室的數(shù)據(jù)控制端、偏壓控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制端、圍壓控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制端、上端滲透系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制端、下端滲透系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制端和壓差傳感器的數(shù)據(jù)控制端相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，其特征在于，所述的上端滲透系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、高壓注入泵、儲(chǔ)氣容器、壓力傳感器和截止閥；高壓氣瓶與減壓閥的一端相連通，減壓閥的另一端與高壓注入泵的進(jìn)氣端相連通，高壓注氣泵的出氣端與儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端相連通，儲(chǔ)氣容器的出氣端與三軸壓力室的試樣上部通過(guò)圍壓室底部穿孔相連通，在高壓氣瓶和減壓閥之間、減壓閥和高壓注入泵之間、高壓注入泵和儲(chǔ)氣容器之間、儲(chǔ)氣容器和三軸壓力室試樣上部之間均設(shè)置有截止閥，儲(chǔ)氣容器和三軸壓力室試樣之間的截止閥靠近三軸壓力室設(shè)置，靠近三軸壓力室的截止閥和三軸壓力室的試樣之間設(shè)置有壓力傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，其特征在于，所述的下端滲透系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、高壓注入泵、儲(chǔ)氣容器、壓力傳感器和截止閥，高壓氣瓶與減壓閥的一端相連通，減壓閥的另一端與高壓注入泵的進(jìn)氣端相連通，高壓注氣泵的出氣端與儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端相連通，儲(chǔ)氣容器的出氣端與三軸壓力室的試樣下部通過(guò)圍壓室底部穿孔相連通，在高壓氣瓶和減壓閥之間、減壓閥和高壓注入泵之間、高壓注入泵和儲(chǔ)氣容器之間、儲(chǔ)氣容器和三軸壓力室試樣下部之間均設(shè)置有截止閥，儲(chǔ)氣容器和三軸壓力室試樣之間的截止閥靠近三軸壓力室設(shè)置，靠近三軸壓力室的截止閥和三軸壓力室的試樣之間設(shè)置有壓力傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，其特征在于，所述的三軸壓力室的試樣加溫裝置，包括試樣表面的溫度傳感器、測(cè)油溫傳感器和加熱線圈；試樣表面溫度傳感器緊貼試樣放置，測(cè)油溫傳感器豎直放置于恒溫三軸壓力室的圍壓室內(nèi)，加熱線圈緊貼恒溫三軸壓力室圍壓室的側(cè)壁放置。
5.如權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，其特征在于，所述的偏壓控制系統(tǒng)、圍壓控制系統(tǒng)、上端滲透系統(tǒng)、下端滲透系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)的管路均采用不銹鋼耐壓管線。
6.如權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，其特征在于，所述的上端滲透系統(tǒng)、下端滲透系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)的不銹鋼耐壓管線外部均包裹保溫夾套。
7.如權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，其特征在于，所述的上端滲透系統(tǒng)或下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器為I個(gè)或2個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置，其特征在于，所述的偏壓控制系統(tǒng)和圍壓控制系統(tǒng)中均設(shè)置有壓力傳感器，壓力傳感器數(shù)據(jù)輸出端與數(shù)據(jù)控制采集系統(tǒng)相連。
9.采用權(quán)利要求1所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的裝置進(jìn)行瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、標(biāo)定參考體積 (1)定性分析，根據(jù)測(cè)試氣體的不同和致密巖石孔隙度的大小，選用以下測(cè)試方案的一種: 方案一:測(cè)試氣體為吸附性氣體，致密巖石孔隙度小于5%，采取上端定壓下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器； 方案二:測(cè)試氣體為吸附性氣體，致密巖石孔隙度大于5%，采取上端定壓下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為2個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)的2個(gè)儲(chǔ)氣容器并列設(shè)置，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端通過(guò)三通與下端滲透系統(tǒng)高壓注入泵的出氣端相連通，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三通與三軸壓力室的試樣下端相連通； 方案三:測(cè)試氣體為非吸附性氣體，致密巖石孔隙度小5%，采取上端定壓下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器； 方案四:測(cè)試氣體為非吸附性氣體，致密巖石孔隙度小5%，采取上端定容下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器； 方案五:測(cè)試氣體為非吸附性氣體，致密巖石孔隙度大于5%，采取上端定壓下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為I個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)為2個(gè)儲(chǔ)氣容器，下端滲透系統(tǒng)的2個(gè)儲(chǔ)氣容器并列設(shè)置，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端通過(guò)三通與下端滲透系統(tǒng)高壓注入泵的出氣端相連通，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三通與三軸壓力室的試樣下端相連通； 方案六:測(cè)試氣體為非吸附性氣體，致密巖石孔隙度大于5%，采取上端定容下端定容模式，上端滲透系統(tǒng)為2個(gè)儲(chǔ)氣容器，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端通過(guò)三通與上端滲透系統(tǒng)高壓注入泵的出氣端相連通，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三通與三軸壓力室的試樣上端相連通；下端滲透系統(tǒng)為2個(gè)儲(chǔ)氣容器，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的進(jìn)氣端通過(guò)三通與下端滲透系統(tǒng)高壓注入泵的出氣端相連通，兩個(gè)儲(chǔ)氣容器的出氣端通過(guò)三通與三軸壓力室的試樣下端相連通； (2)、將試樣表面第一溫度傳感器緊貼標(biāo)準(zhǔn)鋼樣固定，標(biāo)準(zhǔn)鋼樣樣上、下端均放置多孔墊片；外部套上熱塑管進(jìn)行隔絕密封；(3)、利用圍壓控制系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)試樣提供圍壓Oca;利用偏壓控制系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)試樣提供偏壓0 dl ； (4)、打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)所有截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)所有截止閥，用抽真空系統(tǒng)，將標(biāo)準(zhǔn)鋼樣、管線、閥門(mén)、多孔墊片及接頭內(nèi)氣體抽出，待達(dá)到所需真空狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)； (5)、關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥；利用上端滲透系統(tǒng)在壓力P1下將上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵充滿所選用的測(cè)試方案中的氣體，使上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵以壓力P1獨(dú)立運(yùn)行，關(guān)閉所選用的測(cè)試方案中的氣體對(duì)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵的供給；利用下端滲透系統(tǒng)在壓力P1下將下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵充滿所選用的測(cè)試方案中的氣體，使下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵以壓力PJi立運(yùn)行，關(guān)閉所選用的測(cè)試方案中的氣體對(duì)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵的供給； (6)、啟動(dòng)三軸壓力室內(nèi)的加熱線圈，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鋼樣加溫，使標(biāo)準(zhǔn)鋼樣達(dá)到溫度T1;利用恒溫系統(tǒng)使上端滲透系統(tǒng)和儲(chǔ)氣容器和下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器達(dá)到溫度T1 ;使上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體達(dá)到恒定溫度T1，待上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵泵內(nèi)氣體的體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣加溫后的上端 滲透系統(tǒng)的高壓注入泵泵內(nèi)氣體體積V15_stMl_a和標(biāo)準(zhǔn)鋼樣加溫后的不端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積V16_stMl_a ； (7)、根據(jù)所選用的測(cè)試方案，對(duì)應(yīng)如下操作的一種，確定參考體積: 方案一:關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)的下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積Vl6-steel-b ? 方案一的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
Vd Vl6-steel-a "^16-steel-b ? 方案二:關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積Vl6-steel-b ? 方案二的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
Vd Vl6-steel-a "^16-steel-b ? 方案三:關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)的下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積Vl6-steel-b ? 方案三的下端滲透系統(tǒng)參考體積:Vd Vl6-steel-a "^16-steel-b ? 方案四:關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)上端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積Vl5-steel-b ? 方案四的上端滲透系統(tǒng)參考體積:
Vu Vl5-steel-a Vl5-steel-b ? 關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)的下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積v16_stMl_b ； 方案四的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
Vd Vl6-steel-a "^16-steel-b ? 方案五:關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積Vl6-steel-b ? 方案五的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
Vd Vl6-steel-a "^16-steel-b ? 方案六:關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)上端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積Vl5-steel-b， 方案六的上端滲透系統(tǒng)參考體積:
Vu Vl5-steel-a Vl5-steel-b ? 關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，向此時(shí)下端滲透系統(tǒng)中連通的空腔注入非吸附性氣體，待下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，讀取此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣注氣后的下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵內(nèi)氣體體積V16_stMl_b; 方案六的下端滲透系統(tǒng)參考體積:
Vd Vl6-steel-a "^16-steel-b ? 步驟二、為致密巖石試樣提供符合工程實(shí)際的圍壓偏壓和溫度環(huán)境 (8)、將表面第一溫度傳感器緊貼致密巖石試樣固定，致密巖石試樣上、下端均放置多孔墊片；致密巖石試樣外部套上熱塑管進(jìn)行隔絕密封；軸向位傳感器上端與壓頭固定連接，環(huán)向位移傳感器環(huán)繞在致密巖石試樣上； (9)、利用圍壓控制系統(tǒng)為致密巖石試樣提供圍壓Oca;利用偏壓控制系統(tǒng)為致密巖石試樣提供偏壓O dl ; (10)、打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)所有截止閥，打開(kāi)下端滲透系統(tǒng)所有截止閥，用抽真空系統(tǒng)，將標(biāo)準(zhǔn)鋼樣、管線、閥門(mén)、多孔墊片及接頭內(nèi)氣體抽出，待達(dá)到所需真空狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)； (11)關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，利用上端滲透系統(tǒng)在壓力P1下將上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵、所選用測(cè)試方案中的上端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器充滿所選用測(cè)試方案中的氣體，利用下端滲透系統(tǒng)在壓力P1下將下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵、所選用測(cè)試方案中的下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器充滿所選用測(cè)試方案中的氣體；關(guān)閉所選用測(cè)試方案中的氣體對(duì)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵及下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵的供給，運(yùn)行上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵，使上端滲透系統(tǒng)和下端滲透系統(tǒng)中氣體壓力保持恒定值P1 ； (12)、啟動(dòng)三軸壓力室的加熱線圈，對(duì)三軸壓力室內(nèi)致密巖石試樣加溫，使致密巖石試樣達(dá)到恒定溫度T1 ;利用恒溫系統(tǒng)使上端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器和下端滲透系統(tǒng)的儲(chǔ)氣容器達(dá)到恒定溫度T1，使上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵泵內(nèi)氣體達(dá)到恒定溫度T1，待上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵泵內(nèi)氣體體積不再變化時(shí)，即可開(kāi)始下一步操作； 步驟三、利用瞬態(tài)法測(cè)試致密巖石試樣的滲透率 (13)、同時(shí)打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，使上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵同時(shí)向致密巖石試樣以壓力P1注入氣體，待壓差傳感器的讀數(shù)為零時(shí)，關(guān)閉上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的的截止閥，關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥； (14)、根據(jù)選取的測(cè)試方案，對(duì)應(yīng)如下操作的一種: 方案一:將下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵的壓力升高至P2，壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近高壓注入泵的截止閥，使得下端變?yōu)槎ㄈ轄顟B(tài)，讀取此時(shí)壓差傳感器的讀數(shù)和時(shí)間h， 打開(kāi)上端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥和下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵與三軸壓力室之間靠近三軸壓力室的截止閥，使下端滲透系統(tǒng)的高壓注入泵向致密巖石試樣下端注入氣體，待壓差傳感器示數(shù)穩(wěn)定后，讀取此時(shí)壓差傳感器的讀數(shù)~\和時(shí)間tn，根據(jù)公式計(jì)算試樣圍壓Ocl、偏壓Qdl、溫度T1、背壓P1、注氣壓力P2下的致密巖石的瞬態(tài)法的滲透率:
InSpl -1nδρι: c.攀2 其中，c為注入氣體壓縮系數(shù)；μ為注入氣體粘度；Φ為致密巖石試樣孔隙度；L為致密巖石試樣高度；Θ為定義參數(shù)，可根據(jù)公式:
10.如權(quán)利要求9所述的瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)同時(shí)測(cè)試致密巖石滲透率的方法，其特征在于，所述的吸附氣體為甲烷或二氧 化碳；所述的非吸附性氣體為氦氣或氬氣。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK103969165SQ201410182874
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】馮夏庭, 陳天宇, 張希巍, 李元輝, 楊成祥, 金長(zhǎng)宇, 孔瑞 申請(qǐng)人:東北大學(xué)