[发明专利]测定原煤渗透率的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定原煤渗透率的实验装置及方法，它属于煤层气开发渗流力学领域。

背景技术

煤层气是一种重要的非常规天然气资源，它主要以吸附态赋存于煤岩基质孔隙表面。开发煤层气时，采用排水降压的方式，使吸附气发生解吸，然后通过割理(煤岩中的裂缝主要是割理)渗流到生产井筒。割理是煤层气流到生产并的主要通道，由面割理和端割理组成，二者均与煤层基本垂直，且二者之间也近乎垂直。割理的特征使得煤岩渗透率具有各向异性，即煤岩面割理、端割理和垂向的三个渗透率各不相同。对煤岩各方向的渗透率进行实验测量，是煤层气开发中的一项重要基础工作。

目前测定煤岩渗透率的方法通常是：首先从煤心或煤块上钻取圆柱状的小煤样，其直径为25mm或38mm，长度与直径之比大于或等于1；然后将煤样端面切平整，并将端面和柱面打磨光滑，然后将煤样外围涂上几层硅橡胶，并套上橡胶套放入夹持器中；然后沿着垂直煤端面的方向进行注采；最后利用注入压力、流出压力和流量等数据，根据达西定律计算渗透率。

这种实验方法主要有三个缺陷：(1)测量的渗透率误差较大，因为煤岩是一种比较脆而易碎的物质，从煤心或煤块中钻取圆柱状的小煤样时，容易破坏煤中的割理和其它裂缝；(2)测量煤岩面割理方向、端割理方向和垂向三个方向的的渗透率时，实验工作量重复性较大，因为需要沿着三个不同方向分别钻取圆柱状的小煤样，每个煤样只能用于测定一个方向的渗透率；(3)测量的渗透率受煤岩非均质性的影响较大，因为煤的非均质性比较强，钻取的岩心并一定能较好地代表煤块、更不能代表煤层的渗透率。

此外，在常规油气藏渗透率测定实验中，对于各向异性较强的储层的岩心，还有另外一种测定各向渗透率的方法，其主要步骤是：沿柱形岩心轴线钻孔，从中心圆孔注入流体，然后测量岩心外壁各方向的流量，以此数据为基础计算岩心各向异性渗透率的主方向和主值。该方法存在的问题是测取岩心外壁各方向的流量较困难且不太准确，而且在求解时各向异性渗流分析比较困难。这种方法在煤层气渗透率各向异性渗流实验中也未见报道。

发明内容

本发明提供一种精度高、操作简便的测定原煤渗透率的实验装置，它由煤岩夹持系统、流体注入系统和流量计量系统三部分组成，其中煤岩夹持系统包含夹持器、立方体模具和环氧树脂固化用加热箱，流体注入系统包括泵、增压容器和管阀配件，流量计量系统包括含气水分离管、气体质量流量计、量筒和管阀配件。

所述实验装置的夹持器由带孔眼的钢质容器和用于支撑钢质容器的旋转支架两个部分组成。钢质容器柱面上均匀分布四个孔眼，用于穿过流体管线；顶面上钻有两个孔眼，一个用于穿过流体管线，另一个用于连接围压泵；底面有一个孔眼，用于连接流体管线。钢质容器内部设有两个煤块支架，煤块支架包括三面支撑角和可伸缩支杆，通过垂向移动支杆在滑动槽的位置，可调节煤块支架在容器内的深度；支杆长度和位置的可调节性使其能够夹持不同大小的煤块。

利用该实验装置测定煤岩各向渗透率的方法主要包括煤样处理、煤样夹持、面割理方向渗透率测试、端割理方向渗透率测试和垂直方向渗透率测试五大步骤，其特征在于：利用环氧树脂将取自煤层露头或煤矿巷道或全直径煤心的，并切成立方体后的大煤块进行密封；对于同一块煤，只需改变注采方向，即可测得面割理、端割理和垂直方向的渗透率。

上述实验方法中的煤样处理步骤为：从煤层露头或煤矿巷道或全直径煤心中取一大块煤，将其锯成立方体状，煤块的边与割理方向平行或垂直；然后用砂纸将煤块六个面进行打磨，去掉毛刺；然后用环氧树脂在煤块每个面上粘结一个流体管线接头，为了使得注入流体能够流到大煤块的整个截面，接头的直径根据煤块的大小进行制作；然后将煤块放入立方体模具中，向煤块与模具的间隙中注入液态环氧树脂；然后将模具放入加热箱中，使温度升高至适于液态环氧树脂固化的温度，例如50℃左右，使液态环氧树脂固化，将煤块进行密封，并将流体管线接头进一步粘结牢固。

上述实验方法中的煤样夹持步骤为：拆开模具，将密封后的煤块放入夹持器的钢质容器中，容器下部的煤块支架与煤块的一角对齐；然后调整钢质容器内的上部煤块支架的位置，并调整支架支杆的长度，使夹持器的上部支架与煤块的另一角对齐，即可将煤块固定。