煤岩渗透的测量装置和方法与流程

1.本技术涉及岩石力学技术领域，具体涉及煤岩渗透的测量装置和方法。


背景技术：

2.煤层气作为优质清洁能源，具有极大的开发利用价值，煤岩的渗透特性将直接关系到煤层气的抽采效果，而煤储层的温度条件、围压状态等变化都会对煤岩渗透特性产生极大影响。因此，系统地研究煤岩渗透性对孔隙压力的响应规律，对提高煤层气抽采率具有重要的工程指导意义，相关技术中，传统的测量渗透率的测量仪器结构复杂，且都用到高压气瓶，实验操作存在一定的危险性，故亟需一种更可靠的煤岩渗透的测量装置。


技术实现要素：

3.本技术一方面实施例提出了一种煤岩渗透的测量装置，所述煤岩渗透的测量装置包括温度控制模块、气相色谱模块、反应釜真空负压模块和试样夹具负压模块、计算模块，其中：所述温度控制模块，用于通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，以得到所述煤岩样本释放的气体样本；所述气相色谱模块，用于对所述气体样本进行易挥发气体的分离，以得到无易挥发气体的目标气体；所述反应釜真空负压模块，用于对反应釜内目标气体进行真空抽取，以得到抽取后反应釜的真空负压；所述试样夹具负压模块，用于获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在所述真空抽取标准室通入所述气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；所述计算模块，用于接收所述真空负压、所述初始真空压力和所述目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率。
4.在本技术的一个实施例中，所述温度控制模块由反应釜、密封盖、反应釜体内加热线圈、温度传感器、隔热抗冻材料、液氮瓶、第一减压阀、液氮控制开关、温度传感器控制显示器组成。
5.在本技术的一个实施例中，所述温度传感器包含至少一个，其中，在所述温度传感器为4个的情况下，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器均安装在所述反应釜的表面。
6.在本技术的一个实施例中，所述气相色谱模块是由载气瓶、第二减压阀、净化器、流量调节阀门、流量转子计、色谱柱、汽化室、检测器组成。
7.在本技术的一个实施例中，检测器是由放大器、第一数据处理子模块组成。
8.在本技术的一个实施例中，所述反应釜真空负压模块是由压力表、与反应釜连接的前阀门、储气仓、与反应釜连接的后阀门、第一真空泵、滑轮组成。
9.在本技术的一个实施例中，所述试样夹具负压模块是由夹持器、煤岩样本、排气
孔、排气孔控制阀门、试样夹具负压控制前阀门、试样夹具负压压力表、真空抽取标准室、压力传感器、试样夹具负压控制后阀门、第二真空泵、第二数据处理子模块组成。
10.本技术提出一种煤岩渗透的测量装置，该装置中温度控制模块，用于通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，得到煤岩样本释放的气体样本；气相色谱模块，用于对气体样本进行易挥发气体的分离，得到无易挥发气体的目标气体；反应釜真空负压模块，用于对反应釜内目标气体进行真空抽取，得到抽取后反应釜的真空负压；试样夹具负压模块，用于获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在真空抽取标准室通入气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；计算模块，用于接收真空负压、初始真空压力和目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率，由此，基于真空负压、初始真空压力和目标真空压力，实现煤岩样本对应气测渗透率的快速准确计算。
11.本技术另一方面实施例提出了一种煤岩渗透的测量方法，所述方法包括：通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，以得到所述煤岩样本释放的气体样本；对所述气体样本进行易挥发气体的分离，以得到无易挥发气体的目标气体；对反应釜内目标气体进行真空抽取，以得到抽取后反应釜的真空负压；获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在所述真空抽取标准室通入所述气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；根据计算模块，用于接收所述真空负压、所述初始真空压力和所述目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率。
12.本技术提出一种煤岩渗透的测量方法，通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，以得到煤岩样本释放的气体样本；对气体样本进行易挥发气体的分离，以得到无易挥发气体的目标气体；对反应釜内目标气体进行真空抽取，以得到抽取后反应釜的真空负压；获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在真空抽取标准室通入气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；基于真空负压、初始真空压力和目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率，由此，基于真空负压、初始真空压力和目标真空压力，实现煤岩样本对应气测渗透率的快速准确计算。
13.上述可选方式所具有的其他效果将在下文中结合具体实施例加以说明。
附图说明
14.图1是本技术一个实施例的煤岩渗透的测量装置的结构示意图；图2是本技术一个实施例的煤岩渗透的测量方法的流程示意图。
具体实施方式
15.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
16.下面参考附图描述本技术实施例的煤岩渗透的测量装置。
17.图1是本技术一个实施例的煤岩渗透的测量装置的结构示意图。
18.如图1所示，该煤岩渗透的测量装置包括煤岩渗透的测量装置包括温度控制模块（图中未示出）、气相色谱模块（图中未示出）、反应釜真空负压模块（图中未示出）和试样夹具负压模块（图中未示出）、计算模块（图中未示出），其中：
在一些实施例中，如图1所示，温度控制模块由反应釜11、密封盖12、反应釜体内加热线圈13、温度传感器14、隔热抗冻材料15、液氮瓶16、第一减压阀17、液氮控制开关18、温度传感器控制显示器19组成，用于通过反应釜11将煤岩样本42加热到预设的目标温度，以得到煤岩样本42释放的气体样本。
19.可选地，煤岩样本42的一种选取方式可以为，取原始煤岩体，钻取直径5cm，长度10cm的样品，并测量其长度、直径、质量是否满足预设的样本需求。
20.可选地，预设的目标温度可以是结合历史渗透数据进行选取的，但不仅限于此。
21.可选地，煤岩样本42释放的气体样本可以包括但不仅限于易挥发气体以及惰性气体，该惰性气体可以为不与固定相及试样反应的气体，例如氮气。
22.可选地，如图1所示，温度传感器14包含至少一个，其中，在温度传感器14为4个的情况下，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器均安装在反应釜11的表面。
23.其中 ，温度传感器14用于实时记录反应釜11表面的温度变化。
24.在一些实施例中，如图1所示，气相色谱模块由载气瓶21、第二减压阀22、净化器23、流量调节阀门24、流量转子计25、色谱柱26、汽化室27、检测器28组成，用于对气体样本进行易挥发气体的分离，以得到无易挥发气体的目标气体，从而保证在一定温度时没有杂气析出，提高煤岩渗透测量的精度。
25.可选地，如图1所示，检测器28是由放大器281、第一数据处理子模块282组成。
26.其中，第一数据处理子模块可以是计算机，但不仅限于此。
27.可选地，在气相色谱模块的操作流程可以为：1.打开载气瓶21，第一减压阀17，然后调节流量调节阀门24的阀门量为适当值（根据流量转子计25测得）。
28.2.气体经过汽化室27与煤岩样本42释放的气体样本融合一起，气化室一般由一根不锈钢管制成，管外绕有加热丝，其作用是将残存的某些液体瞬间气化为蒸气，为了让样品释放的样本气体在气化室中不分解，因此要求气化室热容量大，无催化效应。
29.3.色谱柱26是色谱仪的核心部件，其作用就是把气体样品中的各个气体组分分离开来，以得到无易挥发气体的目标气体。
30.4.气体样品经过色谱柱26后通过检测器28对其进行监测，原理是是将经色谱柱26分离出的各组分的浓度或质量（含量）转变成易被测量的电信号（如电压、电流等），并进行信号处理的一种装置。
31.5.检测器28通常由放大器281、第一数据处理子模块282组成，被色谱柱26分离后的组分（目标气体）依次进检测器28，按其浓度或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和显示，绘出色谱图，以确定有哪些气体组成，直至检测完毕。
32.在一些实施例中，如图1所示，反应釜真空负压模块是由压力表31、与反应釜11连接的前阀门32、储气仓33、与反应釜11连接的后阀门34、第一真空泵35、滑轮36组成，用于对反应釜11内目标气体进行真空抽取，以得到抽取后反应釜11的真空负压。
33.可选地，第一真空泵35用于对反应釜11内目标气体进行真空抽取，储气仓33用于存储目标气体。
34.可选地，在气体样本经过气相色谱模块分离，且杂气排除干净后，打开与反应釜11连接的后阀门34和前阀门32，用第一真空泵35将反应釜11内空气抽空，记录其真空负压为
。
35.在一些实施例中，如图1所示，试样夹具负压模块是由夹持器41、煤岩样本42、排气孔43、排气孔控制阀门44、试样夹具负压控制前阀门45、试样夹具负压压力表46、真空抽取标准室47、压力传感器48、试样夹具负压控制后阀门49、第二真空泵51、第二数据处理子模块52组成，用于获取预设的真空抽取标准室47的初始真空压力，以及在真空抽取标准室47通入气体样本进行真空抽取后的目标真空压力。
36.可选地，确定杂气排除干净的一种实施方式可以为：确定出气体样本对应的杂气，再打开试样夹具负压控制后阀门49和关闭试样夹具负压控制前阀门45，打开第二真空泵51把杂气抽空，并通过检测器28进行检测，以确保杂气是否排除干净。
37.可选地，获取预设的真空抽取标准室47的初始真空压力，以及在真空抽取标准室47通入气体样本进行真空抽取后的目标真空压力的一种实施方式为：打开第二真空泵51，打开试样夹具负压控制后阀门49和关闭试样夹具负压控制前阀门45，并用第二真空泵51对真空抽取标准室47抽空，使其具有一个初始真空压力，打开试样夹具负压控制前阀门45，此时用第二数据处理子模块52来测定夹持器41一端真空抽取标准室47内的压力从变化到（目标真空压力），并测定其所用的时间。
38.其中，第二数据处理子模块52也可以为计算机，但不仅限于此。
39.在一些实施例中，计算模块，用于接收真空负压、初始真空压力和目标真空压力，以计算出煤岩样本42的气测渗透率。
40.其中，可以根据西公定律计算出煤岩样本42的气测渗透率，但不仅限于此。
41.具体地，在真空负压为，初始真空压力，目标真空压力且在目标温度为情况下，假设真空抽取标准室47标准室其与煤岩心(煤岩样本42的中心)之间空隙的容积总和为，在某一t时刻，真空抽取标准室47内的压力为p，真空抽取标准室47内的气体换算到反应釜11内气体状态下的体积为，则有：(1)其中,到时刻，真空抽取标准室47内压力为，真空抽取标准室47内的气体换算到反应釜11内气体状态下的体积为，则有：(2)联立（1）（2）式，得到：(3)根据达西公定律，有：（4）
其中，q为气体样本流量，；k为煤岩心的气测渗透率，；为通过煤岩心的空气粘度，；l为煤岩心长度，；a为煤岩心截面积，；p为t时刻真空抽取标准室47内的压力，。
42.将（3）（4）式联立，整理，积分得到煤岩样本42的气测渗透率k的计算公式：（5）其中：为真空抽取标准室47以及其与煤岩心之间空隙的容积总和，；t1、t2为真空抽取标准室47内的压力分别为、时对应的时间，s。
43.此外，在气测渗透率测试完毕后，停止反应釜11的加热，旋转开关让其自然冷却至常温；打开与空气联通的第一减压阀17，让反应釜11内释压；打开试样夹具负压控制前阀门45和试样夹具负压控制后阀门49，让夹持器41释压；打开密封盖12，拿出夹持器41，取出煤岩样品；之后换取平行煤岩样本42，重复测量煤岩样本42的气测渗透率，其中，此时预设的目标温度为另一温度,如需要测量低温下的气测渗透率，只需修改预设的目标温度，并打开第一减压阀17和液氮控制开关18，让氮气瓶的液氮冲入反应釜11内，重复上述真空负压、初始真空压力和目标真空压力的测量，直至测出低温下的气测渗透率大小时停止。
44.本技术提出一种煤岩渗透的测量装置，该装置中温度控制模块，用于通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，得到煤岩样本释放的气体样本；气相色谱模块，用于对气体样本进行易挥发气体的分离，得到无易挥发气体的目标气体；反应釜真空负压模块，用于对反应釜内目标气体进行真空抽取，得到抽取后反应釜的真空负压；试样夹具负压模块，用于获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在真空抽取标准室通入气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；计算模块，用于接收真空负压、初始真空压力和目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率，由此，基于真空负压、初始真空压力和目标真空压力，实现煤岩样本对应气测渗透率的快速准确计算。
45.为更清楚的理解本技术，本技术还提出一种煤岩渗透的测量方法的流程示意图,如图2所示。
46.如图2所示，该煤岩渗透的测量方法包括:步骤201，通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，以得到煤岩样本释放的气体样本。
47.步骤202，对气体样本进行易挥发物质的分离，以得到无易挥发物质的目标气体。
48.步骤203，对反应釜内目标气体进行真空抽取，以得到抽取后反应釜的真空负压。
49.步骤204，获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在真空抽取标准室通入气体样本进行真空抽取后的目标真空压力。
50.步骤205，基于真空负压、初始真空压力和目标真空压力，以计算出煤岩样本的气
测渗透率。
51.本技术提出一种煤岩渗透的测量方法，通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，以得到煤岩样本释放的气体样本；对气体样本进行易挥发气体的分离，以得到无易挥发气体的目标气体；对反应釜内目标气体进行真空抽取，以得到抽取后反应釜的真空负压；获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在真空抽取标准室通入气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；基于真空负压、初始真空压力和目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率，由此，基于真空负压、初始真空压力和目标真空压力，实现煤岩样本对应气测渗透率的快速准确计算。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
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示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种煤岩渗透的测量装置，其特征在于，所述煤岩渗透的测量装置包括温度控制模块、气相色谱模块、反应釜真空负压模块和试样夹具负压模块、计算模块，其中：所述温度控制模块，用于通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，以得到所述煤岩样本释放的气体样本；所述气相色谱模块，用于对所述气体样本进行易挥发气体的分离，以得到无易挥发气体的目标气体；所述反应釜真空负压模块，用于对反应釜内目标气体进行真空抽取，以得到抽取后反应釜的真空负压；所述试样夹具负压模块，用于获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在所述真空抽取标准室通入所述气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；所述计算模块，用于接收所述真空负压、所述初始真空压力和所述目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率。2.如权利要求1所述的煤岩渗透的测量装置，其特征在于，所述温度控制模块由反应釜、密封盖、反应釜体内加热线圈、温度传感器、隔热抗冻材料、液氮瓶、第一减压阀、液氮控制开关、温度传感器控制显示器组成。3.如权利要求2所述的煤岩渗透的测量装置，其特征在于，所述温度传感器包含至少一个，其中，在所述温度传感器为4个的情况下，第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器的均安装在所述反应釜的表面。4.如权利要求1所述的煤岩渗透的测量装置，其特征在于，所述气相色谱模块是由载气瓶、第二减压阀、净化器、流量调节阀门、流量转子计、色谱柱、汽化室、检测器组成。5.如权利要求4所述的煤岩渗透的测量装置，其特征在于，检测器是由放大器、第一数据处理子模块组成。6.如权利要求1所述的煤岩渗透的测量装置，其特征在于，所述反应釜真空负压模块是由压力表、与反应釜连接的前阀门、储气仓、与反应釜连接的后阀门、第一真空泵、滑轮组成。7.如权利要求1所述的煤岩渗透的测量装置，其特征在于，所述试样夹具负压模块是由夹持器、煤岩样本、排气孔、排气孔控制阀门、试样夹具负压控制前阀门、试样夹具负压压力表、真空抽取标准室、压力传感器、试样夹具负压控制后阀门、第二真空泵、第二数据处理子模块组成。8.一种煤岩渗透的测量方法，其特征在于，所述煤岩渗透的测量方法包括：通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，以得到所述煤岩样本释放的气体样本；对所述气体样本进行易挥发气体的分离，以得到无易挥发气体的目标气体；对反应釜内目标气体进行真空抽取，以得到抽取后反应釜的真空负压；获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在所述真空抽取标准室通入所述气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；基于所述真空负压、所述初始真空压力和所述目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率。

技术总结
本申请提出一种煤岩渗透的测量装置和方法，该装置中温度控制模块，用于通过反应釜将煤岩样本加热到预设的目标温度，得到煤岩样本释放的气体样本；气相色谱模块，用于对气体样本进行易挥发气体的分离，得到无易挥发气体的目标气体；反应釜真空负压模块，用于对反应釜内目标气体进行真空抽取，得到抽取后反应釜的真空负压；试样夹具负压模块，用于获取预设的真空抽取标准室的初始真空压力，以及在真空抽取标准室通入气体样本进行真空抽取后的目标真空压力；计算模块，用于接收真空负压、初始真空压力和目标真空压力，以计算出煤岩样本的气测渗透率，由此，基于真空负压、初始真空压力和目标真空压力，实现煤岩样本对应气测渗透率的快速准确计算。快速准确计算。快速准确计算。


技术研发人员：赵善坤 王寅 秦凯 张广辉 苏振国 蒋军军 赵阳 李一哲 吕坤
受保护的技术使用者：煤炭科学技术研究院有限公司
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/9/14