[发明专利]温压条件下可变样品腔的对流及扩散实验装置及方法

说明书

本发明涉及温压条件下可变样品腔的对流及扩散实验装置及方法，实验装置包括围压室、柔性样品管、上扩散管、下扩散管、上扩散气室、下扩散气室、围压组件、真空组件、上游气源组件和下游气源组件。柔性样品管位于围压室内，且柔性样品管上设置有上端口和下端口，上扩散管的一端安装在上端口处，上扩散管的另一端位于上扩散气室内；下扩散管的一端安装在下端口处，下扩散管的另一端位于下扩散气室内，下扩散管固定安装在下扩散气室上。围压室的外侧壁上设置有围压口，围压口与围压组件连通，通过围压组件对柔性样品管内的岩石岩石样品施加三向相等的围压，实现地层静水压力的模拟。

技术领域

本发明涉及岩石物理流体运移性能测试领域，尤其涉及温压条件下可变样品腔的对流及扩散实验装置及方法。

背景技术

气体在岩石多孔介质的对流及扩散实验是研究岩石中气体传输行为的重要表征手段。另外，由于气体的扩散速率比液体大3-4个数量级，对低渗介质而言，液体的扩散试验将需要几天甚至几十个月，而气体扩散、对流试验可以较快的获得多孔介质的迂曲度以衡量液体的扩散速率。对流和扩散都能造成化合物的传输，与对流现象存在压力差的情况不同，扩散运移是气体分子在浓度不均的环境下具有从高浓度区域向低浓度区域转移直至分布均匀的现象。分子传质规律的研究基于假设1)气体分子具有宏观结构性特征及2)传质伴随热力学行为，因此，当利用不同气体介质的作为传输的分子探针进行扩散或对流实验时，不同的气体分子带来不同动力学效应差异及热动力学差异，使气体分子在不同岩石中传质时会伴随不同的物理及化学行为，通过对传质过程熵变的统计学输出，可以为致密低渗地质多孔介质的流体可运移性行为研究(包括地下水污染场地修复、高放核废物地下处置、二氧化碳埋存、非常规油气资源开发等环境-地质-能源研究领域)提供新的思路和方法。但对流及扩散装置中需要严格控制温度变量，以研究气体分子在多孔介质中浓度的单变量演变；此外，以往的扩散及对流装置无法实现压力条件的模拟以及多尺寸岩石样品的适配。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了温压条件下可变样品腔的对流及扩散实验装置及方法，旨在解决现有技术中对流实现装置不能够实现地质压力的模拟以及不能与不同高度的岩石样品适配的问题。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了温压条件下可变样品腔的对流及扩散实验装置，所述岩石气体扩散实验装置包括围压室、柔性样品管、上扩散管、下扩散管、上扩散气室、下扩散气室、围压组件、真空组件、上游气源组件和下游气源组件；

所述柔性样品管位于所述围压室内，且所述柔性样品管上设置有上端口和下端口，所述上扩散管的一端安装在所述上端口处，所述上扩散管的另一端位于所述上扩散气室内，且所述上扩散管与所述上扩散气室的连接处设置有密封件；所述下扩散管的一端安装在所述下端口处，所述下扩散管的另一端位于所述下扩散气室内，所述下扩散管固定安装在所述下扩散气室上；所述柔性样品管用于容纳岩石样品，所述上扩散管和所述下扩散管的位于所述柔性样品管内的一端均设置有烧结板，所述岩石样品能够放置于两块所述烧结板之间；所述围压室为空心管状结构，且所述围压室的一端与所述下扩散管密封连接，所述围压室的另一端与所述上扩散气室密封连接；

所述围压室的侧壁上设置有与内部腔体相连通的围压口，所述围压口与所述围压组件连通；所述上扩散气室的室壁上设置有与内部腔体相连通的上气源口，所述真空组件和所述上游气源组件均与所述上气源口连通；所述下扩散气室的室壁上设置有与内部腔体相连通的下气源口，所述下气源口与所述下游气源组件连通。

优选地，所述围压组件包括围压气源、围压减压阀、围压压力表和围压截止阀；

所述围压气源的出口通过管道依次与所述围压减压阀、所述围压压力表、所述围压截止阀以及所述围压口相连。