[发明专利]煤岩渗透率张量测试装置及测试方法

说明书

本发明的目的在于提供一种煤岩渗透率张量中正渗透率与切渗透率的测试装置与测试方法。为实现上述目的，本发明提出的煤岩渗透率张量测试装置由气源气瓶、气体增压单元、气体调压单元、恒速恒压供气系统、煤岩心夹持器、环压跟踪泵、各向流动控制与流量测量系统、回压控制系统、数据采集控制系统、压差计组成。利用上述装置，本发明提出的测定煤岩正渗透率与切渗透率的方法步骤为：煤岩样制作、煤岩样加持、正渗透率测试、切渗透率测试。与现有渗透率测试实验装置及测试方法相比，本发明的优势在于：采用单一立方煤岩样获得煤岩样的正渗透率和切渗透率，得到煤岩样的渗透率张量信息，避免了样品非均质性对测试结果的影响。

技术领域

本发明涉及一种煤岩渗透率张量的测试装置及测试方法，属于煤岩渗流力学领域。

背景技术

在确定煤层气开采方案或确定瓦斯抽采布孔方案的过程中，需要掌握待采储层的渗透率。煤岩渗透率是表征瓦斯在煤层裂隙网络中流动能力的关键参数。煤层裂隙网络通常由多组开度、密度、连通性等性质各异的裂隙组成，导致煤岩渗透率具有各向异性。煤岩渗透率各向异性的本质是渗透率张量，三维空间内的渗透率张量为二阶对称矩阵，表示方式如下：

式中：K是三维空间某一正交坐标系中的渗透率张量；k_xx、k_yy和k_zz是该正交坐标系中的正渗透率；k_xy、k_yz和k_zx是该正交坐标系中的切渗透率。

目前，测试煤岩渗透率的主要方法包括瞬态法和稳态法，通过在全直径岩心取正交三个方向柱状煤岩样，测试三个方向煤岩样的渗透率可以得到煤岩渗透率张量的三个正渗透率值，但是现有测试渗透率的装置未见有测试煤岩切渗透率的功能。此外，在取样过程中以及煤岩样制作过程中，由于不同煤岩样包含的裂隙结构不同，且在钻削煤岩样过程中，裂隙的扩展规律不同，使测试结果受样品非均质性的影响较大，导致测到的正渗透率值具有一定误差。

发明内容

针对现有技术问题，本发明的目的在于提供一种煤岩渗透率张量中正渗透率与切渗透率的测试装置并提出利用所述装置测试煤岩渗透率张量中正渗透率与切渗透率的方法，利用本发明的装置可以在三轴应力条件下，利用单一立方煤岩样测试煤岩体渗透率张量中的正渗透率与切渗透率，解决现有装置只能测试正渗透率但不能测试切渗透率的不足。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

一种煤岩渗透率张量的测试装置与方法，其特征在于：由气源气瓶、气体增压单元、气体调压单元、恒速恒压供气系统、煤岩心夹持器、环压跟踪泵、各向流动控制与流量测量系统、回压控制系统、数据采集控制系统、压差计组成，所述气体增压单元包括空压机、增压泵、参考罐、空压机压力表及管线阀门，所述气体调压单元包括实验供气调压阀、压力表及管线阀门，所述恒速恒压供气系统包括活塞容器、双缸恒速恒压泵及管线阀门，所述岩心夹持器包括左岩心堵头、左压帽、围压筒、围压腔、岩心室、围压胶套、密封锥度套、轴压加载接口、右压帽、轴压活塞、轴压加载腔体、右轴压加载堵头、各向渗流通道、管线接口及管线阀门，所述回压控制系统包括回压缓冲容器、回压阀及管线阀门，所述计量系统包括电子天平流量计、电子气体流量计及管线阀门，所述数据采集系统包括压力传感器、压差传感器、二次显示仪表、数据采集控制与处理系统。

所述煤岩心夹持器围压筒壁面留有垂直方向两个孔眼与水平方向两个孔眼，各孔眼外端设有螺纹，用于连接围压加载管线的接口，所述水平两孔眼之间的连线与立方煤岩心室前后壁面垂直并穿过岩心室中心点，所述垂向两孔眼之间的连线与立方煤岩心室上下壁面垂直并穿过岩心室中心点，以保证均匀围压加载。