[发明专利]一种岩石气体各向异性渗透率的测试装置及计算方法

权利要求书

1.一种岩石气体各向异性渗透率的测试装置，其特征在于，包括储气罐(1)、气室(2)、真空泵(3)和样品室(4)；

所述储气罐(1)通过第一管道(5)与所述气室(2)连通，所述气室(2)通过第二管道(6)与所述样品室(4)连通，所述真空泵(3)通过第三管道(7)与所述第二管道(6)连通，所述样品室(4)通过第四管道(8)与大气连通；

其中，所述第一管道(5)上设置有第一控制阀(9)，所述第二管道(6)上，且位于第三管道(7)与第二管道(6)的连接处到气室(2)之间设有第二控制阀(10)和压力表(11)，所述压力表(11)位于第二控制阀(10)的右侧；

所述第三管道(7)上设置有第三控制阀(12)，所述第四管道(8)上设置有第四控制阀(13)，所述第四控制阀(13)的右侧设置有气体流量计(14)。

2.根据权利要求1所述的一种岩石气体各向异性渗透率的测试装置，其特征在于，所述还包括用于放置样品的支架，所述支架位于样品室(4)内，且固定在样品室(4)的底面。

3.根据权利要求1或2所述的一种岩石气体各向异性渗透率的测试装置，其特征在于，所述第四控制阀(13)为减压阀。

4.根据权利要求3所述的一种岩石气体各向异性渗透率的测试装置，其特征在于，所述储气罐(1)内部气体为高纯度氮气。

5.一种岩石气体各向异性渗透率的计算方法，其特征在于，用于权利要求4所述的岩石气体各向异性渗透率的测试装置，该方法包括以下步骤：

S1:选取岩石样本，将所述岩石样本加工为圆柱体，并测量记录加工后岩石样本的直径和高度；

S2:将加工后的岩石样本放置于所述样品室(4)内支架上，关闭第一控制阀(9)，第二控制阀(10)和第四控制阀(13)，打开第三控制阀(12)，用真空泵将样品室内空气抽出，使其处于真空状；

S3:关闭第三控制阀(12)和第四控制阀(13)，打开第一控制阀(9)和第二控制阀(10)，通过所述第二管道(6)向所述样品室(4)内注入压力气体，再关闭第一控制阀(9)和第二控制阀(10)，待系统内压力平衡后，通过所述压力表(11)记录系统的初始压力p_i；

S4:打开所述第四控制阀(13)，并通过所述第四控制阀(13)控制系统处于恒定压力p₀条件下；

通过所述气体流量计(14)对加工后的岩石样本内各方向流出气体的累计量进行监测；

S5:根据上述记录数据并通过公式计算加工后所述岩石样本的横向和纵向渗透率。

6.根据权利要求5所述的一种岩石气方体各向异性渗透率的测试计算法，其特征在于，将所述岩石样本加工为圆柱体，是指将岩石样本加工成Φ50×50mm的岩心。

7.根据权利要求5所述的一种岩石气体各向异性渗透率的计算方法，其特征在于，所述S3中记录系统的初始压力p_i具体包括以下步骤：

打开所述第一控制阀(9)和所述第二控制阀(10)，并通过所述第二管道(6)向所述样品室(4)内依次注入2MPa、2.5MPa、3MPa的气体压力；

待系统平衡后，关闭所述第一控制阀(9)和所述第二控制阀(10)，并通过所述压力表(11)记录初始平衡压力p_i分别为1.91MPa、2.37MPa、2.81MPa。

8.根据权利要求5所述的一种岩石气体各向异性渗透率的计算方法，其特征在于，所述S4中控制系统处于恒定压力p₀条件下具体包括以下步骤：

打开所述第四控制阀(13)，并通过所述第四控制阀(13)控制系统边界条件，使其处于恒定压力p₀＝1MPa条件下。

9.根据权利要求5所述的一种岩石气体各向异性渗透率的计算方法，其特征在于，所述S5中根据上述记录数据并通过公式计算加工后所述岩石样本的横向和纵向渗透率中的计算公式如下：

其中，K_r为横向渗透率；

K_x为纵向渗透率；

z为气体压缩因素；

R为岩样直径；

L为岩样长度；

V_C为岩样体积；

V²为

η为扩散系数；

m_pi为初始条件；

M_p0为边界条件；

P为压力；

ω_m为傅里叶变换，ω_m＝mπ，m＝1,2,3...；

χ为

λ_n为0阶第一类Bessel函数的解：

λ_n＝J₀(0,n)，n＝1,2,3…；

λ₁＝2.40483，λ₂＝5.52008，λ₃＝8.65373，λ₄＝11.7915，λ₅＝14.9309……。