[发明专利]一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法

说明书

本发明公开了一种气液两相饱和煤岩样实验装置，包括岩心夹持器，所述岩心夹持器的两端通过致密铜管分别连接有流体进入装置和流体排出装置；所述流体进入装置包括主装置箱一以及多个气液增压箱，所述主装置箱一上设置有湿度检测仪、压力检测仪和甲烷浓度检测仪，所述气液增压箱包括气体增压箱和液体增压箱；所述流体排出装置包括主装置箱二以及抽真空泵，所述主装置箱二上设置有湿度检测仪、压力检测仪和甲烷浓度检测仪，所述抽真空泵用于在主装置箱二内营造低压环境。本发明利用经过雾化后的液体代替传统的液体，在降低流体穿过多孔介质时的阻力的同时，尽可能降低流体对煤岩样结构及物理性质的破坏，降低液体饱和及气液驱替的难度。

技术领域

本发明涉及煤矿生产技术领域，特别是涉及一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法。

背景技术

在煤层气井开采过程中，随着排水降压过程的进行，煤储层孔隙压力不断降低，煤岩有效应力逐渐变大，应力敏感效应增强，渗透率降低；当储层压力降低至临界解吸压力后，吸附于煤岩的气体开始解吸产出，煤基质发生收缩效应，渗透率开始逐渐增大，形成一个不对称的“U”型变化曲线。正负效应使得煤储层渗透率一直都处在复杂的动态变化过程中，而导致渗透率发生动态变化的原因，正是不同排采时间内储层气、水状态的动态变化。因此，探究不同气水状态下的煤岩渗透率及其变化过程可以为煤层气排采制度的建立提供参考与指导。

目前国内外对于煤岩样的饱和实验多采用直接浸水法，在浸水时间相对较短的情况下，无法保证煤岩样的液体饱和度，并且直接浸水法会对煤岩样的物理性质造成影响，损坏煤岩样原有结构。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种气液两相饱和煤岩样实验装置及饱和度测试方法，采用超声波高频振荡发生装置，将传统的液态流体雾化成纳米级大小的液体颗粒，通过压力差进入煤岩内部的孔(裂)隙中，充分饱和，并通过质量差法、湿度差来确定煤岩样的水饱和程度，同理，依据甲烷浓度差法可以判定煤岩样的气体饱和程度。

本发明所采用的技术方案是：一种气液两相饱和煤岩样实验装置，包括岩心夹持器，所述岩心夹持器的两端通过致密铜管分别连接有流体进入装置和流体排出装置；所述流体进入装置包括主装置箱一以及多个气液增压箱，所述主装置箱一上设置有湿度检测仪、压力检测仪和甲烷浓度检测仪，所述气液增压箱包括气体增压箱和液体增压箱；所述流体排出装置包括主装置箱二以及抽真空泵，所述主装置箱二上设置有湿度检测仪、压力检测仪和甲烷浓度检测仪，所述抽真空泵用于在主装置箱二内营造低压环境。

进一步地，所述气体增压箱内设有增压泵，所述增压泵与储气罐相连接，所述液体增压箱内设有增压泵，所述增压泵与密闭水箱相连接。

进一步地，所述密闭水箱内安装有超声波高频震荡发生装置。

进一步地，所述岩心夹持器底部设有称重单元。

进一步地，所述岩心夹持器还与用于监测煤岩样在气液饱和过程中应力变化的压力检测仪相连接，保证实验的安全、顺利进行。

进一步地，气液两相饱和煤岩样饱和度测试方法，包括以下步骤：a：将煤岩样放置在具有称重单元的岩心夹持器上，开启超声波高频震荡发生装置，实现液体的雾化，雾化后的液体经过增压处理后，通过致密铜管与主装置箱一连接，主装置箱一上设置有湿度检测仪、压力检测仪与甲烷浓度检测仪，通过读取仪表读数得出所测定的密封箱内的气液状态。利用经过雾化后的液体代替传统的液体，在降低流体穿过多孔介质时的阻力的同时，尽可能降低流体对煤岩样结构及物理性质的破坏；

b：气体与经过雾化后的液体通过致密铜管进入岩心夹持器中，在压力差的作用下渗透进入煤岩样内部，通过煤岩样内部的孔裂隙进入流体排出装置中，通过质量差法来确定煤岩样最大饱和质量m_max，与煤岩样自然状态下的质量m相比较，计算δ_m＝m_max-m，设置等差数列等差数列的不同数值分别对应不同饱和度；