[发明专利]扩散系数及等温吸附/解吸曲线的测试系统及方法

权利要求书

1.一种页岩气的扩散系数及等温吸附/解吸测试系统，包括：

岩心夹持器，其中部容纳的待测岩心将两端分隔开形成两个气体扩散腔室；

围压组件，与岩心夹持器连接，用于对岩心加载围压以替代地层压力；

两个装有不同气体的气体容器，用于分别向岩心夹持器两端的气体扩散腔室内充入气体；

压力平衡器，与岩心夹持器连接以用于平衡两个气体扩散腔室的压力；所述压力平衡器与岩心夹持器并列连接；

恒温箱，用于保持岩心夹持器、气体容器和压力平衡器的温度恒定；和

采集与测试组件，用于采集不同时间的岩心两端的气体以测试得到扩散系数以及通过采集不同时刻的压力获得等温吸附/解吸数据曲线。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压力平衡器包括缸体和活塞，活塞设在缸体内将缸体分隔成两个腔室；所述压力平衡器与岩心夹持器并列连接，其中压力平衡器的两端腔室通过管路分别与岩心夹持器的两个气体扩散腔室相应连通，在压力差作用下通过活塞的移动来使岩心夹持器的两个气体扩散腔室压力相等。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测试组件包括气相色谱仪和连接控制器的压力传感器，其中，气相色谱仪通过在不同时间取样获得气体组分含量以计算得到扩散系数；而压力传感器通过采集不同时间对应的压力并传送给控制器以得到等温吸附/解吸数据曲线。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的系统，其特征在于，两个气体容器分别为第一气体容器和第二气体容器；其中，第一气体容器通过管路和第一阀门连接岩心夹持器的一端，第二气体容器通过管路和第二阀门连接岩心夹持器的另一端。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述压力平衡器的一端通过第三阀门与设在第一阀门和岩心夹持器的一端之间的管路连通；所述压力平衡器的另一端通过第四阀门与设在第二阀门和岩心夹持器的另一端之间的管路连通。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述两个气体容器分别连接装有烃类气体的第一气瓶和装有氮气的第二气瓶。

7.一种测定页岩气的扩散系数的方法，采用权利要求1～6中任一项所述的测试系统，并包括以下步骤：

1)将岩心放入岩心夹持器后加载围压，调节恒温箱的温度到设定值；并对两个空的气体容器及其与真空泵之间的连接管路进行抽真空；

2)抽真空过程结束后，向两个空的气体容器内分别充入氮气和烃类气体，调节使两气体容器的压力保持相等并达到设定压力，加载围压到设定围压值；

3)待两气体容器内的气体压力稳定后打开岩心两端的阀门和压力平衡器的阀门，两气体容器内的气体分别充入岩心两端的气体扩散腔室；

4)关闭两气体容器与压力平衡器之间的阀门，然后在不同时刻从两端的气体扩散腔室取样，采用气相色谱仪分析气体样品的组分及浓度，进行计算得到扩散系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤4)中，气相色谱仪分别通过第一取样阀和第二取样阀对岩心夹持器两端的气体扩散腔室或与气体扩散腔室连通的管路进行取样。

9.一种页岩气的等温吸附/解吸曲线的测试方法，采用权利要求1～6中任一项所述的测试系统，并包括以下步骤：

1)将岩心放入岩心夹持器后加载围压，调节恒温箱的温度到设定值；对空的气体容器及其与真空泵之间的连接管路进行抽真空；

2)向抽真空后的气体容器内充入烃类气体，调节压力到第一吸附设定压力，压力平衡后打开该气体容器与岩心夹持器之间的阀门，气体进入岩心夹持器的一个气体扩散腔室，待压力稳定后记录压力值；

3)关闭气体容器与岩心夹持器之间的阀门，调节气体容器内的压力到下一吸附设定压力，重复步骤2)直至最后一个设定压力值；

4)计算各吸附设定压力下的气体吸附量，完成等温吸附测试；

5)关闭气体容器与岩心夹持器之间的阀门，对气体容器放气到第一解吸设定压力，压力平衡后打开气体容器与岩心夹持器之间的阀门，待压力稳定后记录相应的压力值；

6)关闭气体容器与岩心夹持器之间的阀门，对气体容器放气到下一解吸设定压力，重复步骤5)直至最后一个解吸设定压力；

7)计算在各解吸设定压力下的气体解吸量，完成解吸测试。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，若抽真空前，气体容器内有气体，先对气体容器内的气体进行处理后再抽真空。