扩散系数测试装置包括甲烷气瓶1、高纯氮气瓶36、自动增压泵3、左活塞容器7、右活塞容器31、左扩散室15、右扩散室29、岩心垫片19、岩心垫片26、岩心夹持器27、普通压差表12、精细压差表14、水浴加热器18、温度控制仪17、自动围压追踪泵22、真空泵10、多功能色谱仪24、计算机25，所述甲烷气瓶I通过管线与自动增压泵3连接，在所述管线上设有甲烷气源控制阀2 ;高纯氮气瓶36通过管线与自动增压泵35连接，在所述管线上设有氮气源控制阀37 ;所述自动增压泵3、自动增压泵35通过管线分别与左活塞容器7、右活塞容器31连接，在所述管线上设有自动增压泵控制阀5、左活塞容器控制阀6、右活塞容器控制阀33、自动增压泵控制阀32 ;所述左活塞容器7、右活塞容器31通过管线分别与左扩散室15、右扩散室29连接，在所述管线上设有左扩散室控制阀8、右扩散室控制阀30，左扩散室15通过岩心夹持器27与右扩散室29连接，并在该岩心夹持器两端分别设有岩心控制阀16、岩心控制阀28 ;所述多功能色谱仪24通过管线分别与左扩散室15、右扩散室29连接，在所述管线上分别设有回压取样阀20、回压取样阀23，该色谱仪与计算机25连接；所述自动围压追踪泵22与岩心夹持器27相连，真实模拟岩心所受地层围压；上述岩心夹持器、左、右扩散室放置于水浴加热器18，该加热器与温度控制仪17连接；所述普通压差表12通过管线与精细压差14表并联连接，两压差表分别串联普通压差表控制阀11、精细压差表控制阀13，通过管线与上述左右扩散室相连；所述真空泵10通过管线分别与上述左右活塞容器连接。
[0019]页岩干样测试时，将岩样装入岩心夹持器27后，连接好管线，首先通过自动围压追踪泵22预加围压3MPa，一段时间后设置该追踪泵压力为地层真实围压，开启左活塞容器控制阀6、左扩散室控制阀8、岩心夹持器控制阀16、岩心夹持器控制阀28、右扩散室控制阀30、右活塞容器控制阀33后，运用真空泵10进行抽真空处理。而若是饱和液体介质后页岩湿样测试时，抽真空处理时必须关闭岩心夹持器控制阀16、岩心夹持器控制阀28，其余操作同上。通过水浴加热器18对该岩心夹持器、左扩散室15、右扩散室29进行加热，使其满足真实地层温度。然后，通过甲烷气瓶I与高纯氮气瓶36提供扩散气体，经自动增压泵3、自动增压泵35与左活塞容器7、右活塞容器31加压，使两活塞容器具有相同的压力。接着关闭甲烷气源控制阀2、氮气源控制阀37，开启左扩散室控制阀8、右扩散室控制阀30分别向两扩散室提供甲烷与氮气，上述操作前应保证普通压差表控制阀11，关闭精细压差表控制阀13处于开启状态。通过普通压差表12调整上述两扩散室气体压力平衡。最后，扩散一段时间后，通过回压取样阀20、回压取样阀23分别取样，利用多功能色谱仪24与计算机25分析不同时间各扩散室的气体的浓度变化，采用菲克第二定律算出相应地层条件下的页岩气扩散系数。
【主权项】
1.一种页岩气扩散系数测试装置，其特征在于，该实验装置包括甲烷气瓶(I)、高纯氮气瓶(36)、自动增压泵(3)、左活塞容器(7)、右活塞容器(31)、左扩散室(15)、右扩散室(29)、岩心垫片(19)、岩心垫片(26)、岩心夹持器(27)、普通压差表(12)、精细压差表(14)、水浴加热器(18)、温度控制仪(17)、自动围压追踪泵(22)、真空泵(10)、多功能色谱仪(24)、计算机(25)，所述甲烷气瓶⑴通过管线与自动增压泵(3)连接，在所述管线上设有甲烷气源控制阀(2);高纯氮气瓶(36)通过管线与自动增压泵(35)连接，在所述管线上设有氮气源控制阀(37);所述自动增压泵通过管线分别与左活塞容器(7)、右活塞容器(31)连接，在所述管线上设有自动增压泵控制阀(5)、左活塞容器控制阀(6)、右活塞容器控制阀(33);所述左活塞容器(7)、右活塞容器(31)通过管线分别与左扩散室(15)、右扩散室(29)连接，在所述管线上设有左扩散室控制阀(8)、右扩散室控制阀(30)，左扩散室(15)通过岩心夹持器(27)与右扩散室(29)连接，并在该岩心夹持器两端分别设有岩心控制阀(16)、岩心控制阀(28);所述多功能色谱仪(24)通过管线分别与左扩散室(15)、右扩散室(29)连接，在所述管线上分别设有回压取样阀(20)、回压取样阀(23)，该色谱仪与计算机(25)连接；所述自动围压追踪泵(22)与岩心夹持器(27)相连，真实模拟岩心所受地层围压；上述岩心夹持器、左、右扩散室放置于水浴加热器(18)，该加热器与温度控制仪(17)连接；所述普通压差表(12)通过管线与精细压差(14)表并联连接，两压差表分别串联普通压差表控制阀(11)、精细压差表控制阀(13)，通过管线与上述左右扩散室相连；所述真空泵(10)通过管线分别与上述左右活塞容器连接。
2.根据权利要求1所述一种页岩气扩散系数测试装置，其特征在于:所述自动围压追踪泵(22)内装有增压液体，增压流体一般采用纯净水，并设有恒流增压与恒压增压设定装置，通过恒压增压的方式对岩心夹持器加入设置围压。
3.根据权利要求1所述一种页岩气扩散系数测试装置，其特征在于:所述的水浴加热器(18)，温度范围室温?99°C，温度精度±0.1°C。
4.根据权利要求1所述一种页岩气扩散系数测试装置，其特征在于:所述普通压差表(12)量程O?20MPa，精度1.5%，而精细压差表(14)量程O?0.1MPa，精度0.25%，两者并联连接，当活塞容器向扩散室充气过程中，关闭精细压差表控制阀(13)而开启普通压差表控制阀(11);当扩散一段时间后，开始分别通过回压取样阀(20)、回压取样阀(23)取样时，关闭普通压差表控制阀(11)而开启精细压差表控制阀(13)。
5.据权利要求1所述一种页岩气扩散系数测试装置，其特征在于:所述岩心垫片(19)、岩心垫片(26)，采用多孔垫片，每个导流路径交叉点设有小孔，垫片中心设有大孔，垫片厚度1.5cm，不锈钢材质。
【专利摘要】本实用新型涉及的是页岩气扩散系数测试装置，该装置主要包括甲烷气瓶、高纯氮气瓶、自动增压泵、左活塞容器、右活塞容器、左扩散室、右扩散室、岩心垫片、岩心夹持器、普通压差表、精细压差表、水浴加热器、温度控制仪、自动围压追踪泵、真空泵、多功能色谱仪、计算机等。该测定装置通过普通压差表与精细压差表并联使用，可实现在整个扩散实验过程中，左右扩散室的注入气体压力始终保持平衡，以免压差存在而影响气体的自由扩散，采用水浴加热解决了恒温箱、加热套加热不均匀、不稳定且散热慢的问题，而真实模拟地层温度，运用自动围压追踪泵解决了实验升温过程中岩心夹持器围压不稳定的问题，而真实模拟地层岩心受力。同时，采用岩心夹持器控制阀解决了饱和液体介质湿样页岩扩散系数测定问题，全程真实模拟地层环境，使测试结果更加接近实际，减小了实验环境与实际地层条件之间的差异。
【IPC分类】G01N13-00
【公开号】CN204286989
【申请号】CN201420667963
【发明人】朱争, 郭肖, 辜思曼, 刘川琦, 刘洪
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月11日