[发明专利]一种高温三轴孔渗测试装置及方法

权利要求书

1.一种高温三轴孔渗测试装置，其特征是：装置包括：压力控制系统、测量渗透率系统、测量孔隙度系统和温度控制系统；压力控制系统、测量渗透率系统、测量孔隙度系统和温度控制系统之间相互连接；测量孔隙度系统的岩心夹持器、测量孔隙度系统的定容器和颗粒体积夹持器置于恒温箱中。

2.根据权利要求1所述的一种高温三轴孔渗测试装置，其特征是：所述的压力控制系统包括：调压阀、气瓶减压阀、第二气瓶、第一气瓶、真空泵、五号阀、六号阀、一号阀、四号阀、储液罐、九号阀、十号阀、环压泵、恒压泵、恒压阀、十一号阀、轴压泵、第一轴压阀、第二轴压阀、油缸、第一卸样阀、第二卸样阀、二号阀、三号阀35、第一环压阀、第二环压阀；第一气瓶通过调压阀同时与测量渗透率系统的渗透率测阀和测量孔隙度系统的孔隙度测量阀连接；第二气瓶通过气瓶减压阀同时与一号阀和三号阀连接；一号阀的另一端同时与四号阀、五号阀和储液罐的上端连接；三号阀的另一端同时与二号阀、第一卸样阀和第二卸样阀连接；五号阀的另一端同时与六号阀和真空泵连接；第二卸样阀与油缸的一端连接；储液罐的下端通过九号阀同时与十号阀、十一号阀和恒压阀连接；恒压阀的另一端与恒压泵连接；十一号阀的另一端同时与第一轴压阀、第二轴压阀和轴压泵连接，第二轴压阀的另一端与油缸的另一端连接；十号阀的另一端同时与环压泵、第一环压阀和第二环压阀连接；第二环压阀连接的另一端与测量渗透率系统的岩芯夹持器连接；油缸的液压杆与测量渗透率系统的岩芯夹持器连接。

3.根据权利要求1所述的一种高温三轴孔渗测试装置，其特征是：所述的测量渗透率系统包括：岩芯夹持器、十七号阀、十四号阀、十八号阀、十九号阀、气体流量计和渗透率测阀；岩芯夹持器与压力控制系统的油缸液压杆之间同时连接有十八号阀和十九号阀，十八号阀的另一端同时与十四号阀和岩芯夹持器连接；十四号阀的另一端通过气体流量计与渗透率测阀的另一端连接；岩芯夹持器与十七号阀连接；十七号阀同时与测量孔隙度系统的十二号阀、十三号阀、测试压力泵和定容器连接；岩芯夹持器同时与测量孔隙度系统的颗粒体积夹持器和温度控制系统的风机、加热器、温度测量计、计算机连接。

4.根据权利要求1所述的一种高温三轴孔渗测试装置，其特征是：所述的测量孔隙度系统包括：孔隙度测量阀、十六号阀、定容器、测试压力泵、十三号阀、十二号阀和颗粒体积夹持器；孔隙度测量阀的另一端与十六号阀、定容器、十二号阀和颗粒体积夹持器串联连接；测试压力泵和十三号阀连接在定容器和十二号阀之间。

5.根据权利要求1所述的一种高温三轴孔渗测试装置，其特征是：所述的三轴芯料夹持器包括：上压头、下压头、上台面、下台面、加载框架、液压升降台、围压加载器、缸体、轴压加载器、胶套、轴压加载管、进气孔和出气孔；在上压头和下压头之间有缸体、围压加载器和胶套，在胶套内部放置试样，围压加载器负责对试样加围压；上压头上有进气孔；上台面、下台面与加载框架构成整个支撑结构，支撑整个夹持器的结构，在下台面上有在支撑结构内有液压升降台，轴压加载器位于液压升降台之上，在轴压加载器上有轴压加载管；下台面处有出气孔；负责对缸体内部的试样施加轴压。

6.根据权利要求1所述的一种高温三轴孔渗测试装置，其特征是：所述的颗粒体积夹持器装置包括：堵头、进气孔、上压头、外部支撑器、缸体、底座、试样和密封舱；其连接方式为底座支撑外部支撑器，在外部支撑器上有上压头和密封舱，在密封舱上端有堵头；在密封舱有进气孔；底座和上压头之间有缸体，上压头负责将缸体压实，密封舱对舱体进行密封，堵头防止进气之后泄露。

7.根据权利要求1所述的一种高温三轴孔渗测试装置，其特征是：所述温度控制系统包括：风机、加热器、温度测量计、恒温箱和计算机；风机、加热器和温度测量计的信号输出端与计算机连接；风机、加热器和温度测量计的另端均连接在恒温箱内。

8.实施权利要求1所述的一种高温三轴孔渗测试装置的方法，其特征是：实验方法包括：高温三轴受压下芯料孔隙度测量方法和高温三轴受压下芯料渗透率测量方法；

高温三轴受压下岩芯或煤芯孔隙度测量：根据气体法测定，测量介质为氮气或氦气，用已知体积的标准体，在设定的初始压力下，使气体向处于常压下的芯料室作等温膨胀，气体扩散到岩芯或煤芯孔隙之中，利用压力的变化和已知体积，依据气态方程，即可求出被测芯料的有效孔隙体积和颗粒体，则可算芯料的孔隙度。所用计算公式如下：

式中：Φ表示芯料的孔隙度；V_孔表示芯料的有效孔隙体积；V_颗表示芯料的颗粒体积。

高温三轴受压下岩芯或煤芯渗透率测量：以氮气为标准测试气体，当氮气在一定的压力作用下流过被测样品时，样品两端建立压差△P_c，用质量流量计精确计量气体流量，结合其他参数计算岩芯或煤芯渗透率。所用公式如下：

式中：K表示芯料的渗透率；Q表示气体流量，单位为cm3/s；μ表示气体粘度系数单位为Pa·s；L表示芯料的长度，单位为cm；A表示煤柱断面积，单位为cm2，P1，P2分别表示进口端、出口端的气体压力，单位为MPa。