本發(fā)明屬于頁巖氣吸附技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法。

背景技術(shù)：

已知頁巖具有一定的孔隙度，可以蘊藏一定量的石油或者天然氣。而頁巖氣是指蘊藏于頁巖中的天然氣資源，這部分資源屬于非常規(guī)油氣藏，我國頁巖氣儲量達(dá)到了31.5萬億方，開采潛力巨大。目前對于頁巖氣吸附曲線的測定，主要是參考煤層氣的等溫吸附曲線的測定方法來進(jìn)行類似實驗，該實驗過程中由于將頁巖研磨成60—80目的粉末來進(jìn)行等溫吸附實驗，導(dǎo)致破壞了原始巖心的孔隙結(jié)構(gòu)，因此測得的實驗結(jié)果是否具有代表性還有待進(jìn)一步探討。在頁巖氣解吸和吸附量的室內(nèi)實驗中，由于頁巖吸附氣量在測定時采用了干燥巖心，因而該實驗所涉及到的儀器，均忽略了巖心含水量對頁巖吸附氣量的影響。而相關(guān)研究表明，頁巖中的含水量對頁巖氣的吸附能力有很大的影響，頁巖中含水量越高，水占據(jù)的孔隙空間就越大，從而減少了游離態(tài)烴類氣體的容留體積和礦物表面吸附氣體的表面位置，因此含水量相對較高的樣品，其氣體吸附能力就較小。因此在不同的含水量條件下測量得到的頁巖的吸附氣量意義重大。該兩種儀器只能單一的進(jìn)行吸附解吸的實驗，既不能測量巖心滲透率，也不能測量巖心含水量。并且以往的頁巖氣吸附儀功能較為單一，往往測量不同物理參數(shù)需要不同的實驗儀器，實驗耗時，步驟繁雜。在現(xiàn)有技術(shù)中，用于測量頁巖氣吸附量的儀器功能單一，不能改變巖心的含水量，不能夠模仿高溫高壓的地層物理條件。因此，實驗儀器的多功能性與可靠性，能夠在很大程度上提高實驗效率，加快試驗速度。

綜上所述，針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題：現(xiàn)有的評價頁巖氣吸附方法只能單一的進(jìn)行吸附解吸的實驗，既不能測量巖心滲透率，也不能測量巖心含水量。并且以往的頁巖氣吸附儀功能較為單一，往往測量不同物理參數(shù)需要不同的實驗儀器，實驗耗時，步驟繁雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法，旨在解決現(xiàn)有用于測量頁巖氣吸附量的儀器功能單一，不能改變巖心的含水量，不能夠模仿高溫高壓的地層物理條件，從而使測得的數(shù)據(jù)與真實地層中的相應(yīng)數(shù)據(jù)有較大偏差的問題。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法，所述煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法包括以下步驟：

步驟一，打開閥門，打開圍壓泵，使樣品巖心夾持器達(dá)到實驗圍壓；打開閥門第十四閥門、閥門第十閥門、第四閥門、第九閥門，利用真空泵將參考室和樣品巖心夾持器抽真空；關(guān)閉閥門第十四閥門，并關(guān)閉真空泵；

步驟二，設(shè)置并調(diào)節(jié)恒溫箱溫度，使樣品巖心夾持器和參考缸的溫度穩(wěn)定在實驗溫度；打開第一閥門、第十三閥門，打開高壓驅(qū)替泵，通過高壓中間容器向系統(tǒng)內(nèi)充入氦氣，關(guān)閉第十閥門，測量并記錄參考室和樣品巖心夾持器的壓力數(shù)據(jù)，若壓力在h內(nèi)保持不變，則說明系統(tǒng)氣密性良好；

步驟三，待氣密性測量結(jié)束后，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵，并關(guān)閉第一閥門、第十三閥門，然后打開真空泵，打開第十四閥門、第十閥門，將系統(tǒng)重新抽真空；關(guān)閉第十四閥門、第四閥門，關(guān)閉真空泵；打開高壓驅(qū)替泵，打開第一閥門、第十三閥門，使高壓中間容器中的氦氣注入?yún)⒖际?，并使壓力達(dá)到一定值，關(guān)閉閥門，并待壓力穩(wěn)定后，記錄參考室的壓力；

步驟四，打開第四閥門，使氣體膨脹到樣品巖心夾持器中，待壓力穩(wěn)定后，記錄相應(yīng)的平衡壓力；次升高參考室壓力，通過波義爾定律計算，測定樣品巖心夾持器的自由空間體積；關(guān)閉第十三閥門、第一閥門，打開真空泵，第十四閥門、第十閥門，將參考室和樣品巖心夾持器抽真空；

步驟五，關(guān)閉第十四閥門、第四閥門，并關(guān)閉真空泵；打開第三閥門，通過水蒸氣發(fā)生器向樣品巖心夾持器中的巖心注入實驗量要求的水蒸氣；關(guān)閉第三閥門，水蒸氣發(fā)生器，通過電極采集數(shù)據(jù)測量巖心電阻率，計算其含水飽和度；

步驟六，打開高壓驅(qū)替泵，第二閥門、第十二閥門，向參考室內(nèi)注入高壓中間容器中的甲烷氣體，關(guān)閉第十閥門，待壓力穩(wěn)定到實驗壓力后，采集參考室的壓力；打開第四閥門，使甲烷氣體膨脹到樣品巖心夾持器中，待壓力穩(wěn)定后，采集樣品巖心夾持器壓力，并記錄相應(yīng)的平衡壓力；

步驟七，改變實驗壓力，獲取不同壓力下的吸附量；改變含水飽和度，重復(fù)上述實驗步驟獲取不同含水飽和度下煤/頁巖氣吸附量；關(guān)閉圍壓泵，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵，關(guān)閉第一閥門、第十三閥門、閥門，打開排空閥，放空系統(tǒng)壓力，結(jié)束實驗。

進(jìn)一步，樣品缸內(nèi)自由空間體積計算公式如下：

v＝v1-vs；

式中：

v——自由空間體積，單位為立方厘米cm³；

v1——樣品缸總體積，單位為立方厘米cm³；

其中巖樣的體積計算公式如下：

式中：

vs——巖樣的體積，單位立方厘米cm³；

p1——平衡后壓力，單位為兆帕mpa；

p2——參考缸初始壓力，單位為兆帕mpa；

p3——樣品缸初始壓力，單位為兆帕mpa；

t1——平衡后溫度，單位為開k；

t2——參考缸初始溫度，單位為開k；

t3——樣品缸初始溫度，單位為開k；

v1——系統(tǒng)總體積，單位立方厘米cm³；

v2——參考缸體積，單位立方厘米cm³；

v3——樣品缸體積，單位立方厘米cm³；

z1——平衡條件下氣體的壓縮因子；

z2——參考缸初始?xì)怏w的壓縮因子；

z3——樣品缸初始?xì)怏w的壓縮因子。

進(jìn)一步，所述煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的常規(guī)煤巖滲透率測定方法包括以下步驟：

1)打開第五閥門，打開圍壓泵，使樣品巖心夾持器達(dá)到實驗圍壓；

2)在關(guān)閉除圍壓泵管線上第五閥門外的所有閥門之后，打開第十四閥門、第十閥門、第四閥門，并打開真空泵，將樣品巖心夾持器抽真空；

3)關(guān)閉第十四閥門、第四閥門，并關(guān)閉真空泵；

4)打開高壓驅(qū)替泵，打開第一閥門、第十三閥門，使高壓中間容器中的氦氣注入樣品巖心夾持器，控制壓力使氦氣緩慢通過巖心；

5)打開氣體流量計，打開第六閥門、流量計閥，待氣體流量計示數(shù)穩(wěn)定后讀取滲流流量；

6)通過氣體達(dá)西定律計算得出巖心滲透率；

7)關(guān)閉圍壓泵，第五閥門，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵，關(guān)閉第一閥門、第十三閥門，結(jié)束實驗。

進(jìn)一步，所述氣體達(dá)西定律計算巖心滲透率公式如下：

式中：

kg——為巖心滲透率，單位達(dá)西d；

q0——為通過巖心的氣體流量，單位立方厘米每秒cm³/s；

μ——為氣體的黏度，單位毫帕秒mpa·s；

l——為巖心的長度，單位厘米cm；

a——為巖心的截面積，單位立方厘米cm²；

p1——為巖心的入口壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕10^-1mpa；

p2——為巖心的出口壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕10^-1mpa；

p0——為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕10^-1mpa。

進(jìn)一步，所述煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的低滲透率頁巖滲透率測定方法包括以下步驟：

1)打開第五閥門，打開圍壓泵，使樣品巖心夾持器達(dá)到實驗圍壓；

2)在關(guān)閉除圍壓泵管線上第五閥門外的所有閥門之后，打開第十四閥門、第十閥門、第四閥門，并打開真空泵，將樣品巖心夾持器抽真空；

3)關(guān)閉第十四閥門，打開脈沖發(fā)生器，打開第十一閥門，打開第六閥門、第七閥門；

4)待第七壓力表、第八壓力表所連接的標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)壓力與巖樣內(nèi)部壓力平衡后，給一個壓力脈沖，記錄壓力傳感器的壓差變化與其對應(yīng)的時間，通過瞬態(tài)壓力脈沖法的計算方法，求得巖心滲透率；

5)關(guān)閉圍壓泵，第五閥門，關(guān)閉脈沖發(fā)生器，關(guān)閉第十一閥門，結(jié)束實驗。

進(jìn)一步，所述瞬態(tài)壓力脈沖法計算巖心滲透率公式如下：

式中：

δp(t)——為巖樣兩端壓差，單位十的負(fù)一次方兆帕10-¹mpa；

pi——為初使脈沖壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕10-¹mpa；

θ——為衰減曲線斜率；

t——為時間，單位秒m；

vu——第七壓力表所連接的標(biāo)準(zhǔn)室的上游容積體積，單位立方厘米cm³；

vd——第八壓力表所連接的標(biāo)準(zhǔn)室的下游容積體積，單位立方厘米cm³；

μ——為水的黏度，單位毫帕秒mpa·s；

cw——為水的壓縮系數(shù)，單位兆帕的負(fù)一次方mpa-¹；

k——為巖心滲透率，單位達(dá)西d；

a——為巖心橫截面面積，單位m²。

進(jìn)一步，所述煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的巖電實驗測定方法包括以下步驟：

1)打開第五閥門，打開圍壓泵，使樣品巖心夾持器達(dá)到實驗圍壓；

2)關(guān)閉第十三閥門、第十二閥門、第十一閥門、排空閥、第六閥門、第九閥門，打開第十四閥門、第十閥門、第四閥門，并打開真空泵，將樣品巖心夾持器抽真空；

3)關(guān)閉第十四閥門，并關(guān)閉真空泵；

4)打開高壓驅(qū)替泵，打開第二閥門、第十二閥門、第六閥門、第七閥門，向樣品巖心夾持器中注入高壓中間容器中的模擬地層水，并等待其充分飽和；

5)關(guān)閉第二閥門、第十二閥門、第七閥門，打開第一閥門、第十三閥門，打開回壓閥，向樣品巖心夾持器中注入高壓中間容器中的氣體注入巖心，驅(qū)替巖心中飽和的水，通過電極采集數(shù)據(jù)測量其電阻率；

6)關(guān)閉圍壓泵，第五閥門，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵，關(guān)閉第一閥門、第十三閥門；

7)利用阿爾奇公式計算出巖電實驗參數(shù)，完成實驗。

進(jìn)一步，所述阿爾奇公式如下：

式中：

sw——為地層水飽和度；

a——為巖性系數(shù)；

b——為常數(shù)；

rw——為地層水電阻率，單位為歐姆秒ω·m；

rt——為地層電阻率，單位為歐姆秒ω·m；

——為巖石孔隙度；

m——膠結(jié)系數(shù)；

n——飽和度指數(shù)。

進(jìn)一步，所述煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的測量樣品巖心的孔隙體積與孔隙度測定方法包括以下步驟：

1)打開第五閥門，打開圍壓泵，使樣品巖心夾持器達(dá)到實驗圍壓；

2)關(guān)閉第十三閥門、第十二閥門、第十一閥門、排空閥、第六閥門、第八閥門，打開真空泵，打開第十四閥門、第十閥門、第四閥門、第九閥門，將參考室和樣品巖心夾持器抽真空；

3)關(guān)閉第十四閥門、第四閥門，并關(guān)閉真空泵；

4)打開高壓驅(qū)替泵，打開第一閥門、第十三閥門，使高壓中間容器中的氣體通入?yún)⒖际?，并使壓力達(dá)到一定數(shù)值，關(guān)閉閥門，并待壓力穩(wěn)定后，記錄參考室的壓力；

5)打開第四閥門，使氣體膨脹到樣品巖心夾持器中，待壓力穩(wěn)定后，記錄相應(yīng)的平衡壓力；

6)根據(jù)波義耳定律計算巖心孔隙體積和孔隙度；

7)關(guān)閉圍壓泵，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵，關(guān)閉第一閥門、第十三閥門，打開排空閥，放空系統(tǒng)壓力，結(jié)束實驗；

所述其中波義爾定律與孔隙度計算公式如下：

v1p1＝v2p2

v1＝v2+vb

式中：

v1——為參考室狀態(tài)下的氣體體積；

p1——為參考室狀態(tài)下的氣體壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕10^-1mpa；

v2——為巖心夾持器內(nèi)部狀態(tài)下的氣體體積；

p2——為巖心夾持器內(nèi)的氣體壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕10^-1mpa；

——為巖石孔隙度；

vp——為巖石孔隙體積，單位為cm³；

vs——為儲集巖基質(zhì)顆粒體積，單位為cm³；

vb——為儲集巖的總體積，單位為cm³。

進(jìn)一步，所述煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的氣水兩相相對滲透率曲線測量包括以下步驟：

1)打開第五閥門，打開圍壓泵，使樣品巖心夾持器達(dá)到實驗圍壓；

2)關(guān)閉第十三閥門、第十二閥門、第十一閥門、排空閥、第六閥門、第九閥門、第八閥門，打開第十四閥門、第十閥門、第四閥門，并打開真空泵，將樣品巖心夾持器抽真空；

3)關(guān)閉第十四閥門，并關(guān)閉真空泵；

4)打開高壓驅(qū)替泵，打開第二閥門、第十二閥門、第六閥門、第七閥門，關(guān)閉回壓閥、流量計閥，向樣品巖心夾持器中注入高壓中間容器中的地層水，并等待其充分飽和；

5)關(guān)閉第二閥門、第十二閥門、第七閥門，打開第一閥門、第十三閥門、回壓閥，設(shè)置實驗回壓，采用恒速或恒壓方式驅(qū)替，利用氣體驅(qū)替巖心中的水，計量不同時刻的產(chǎn)水量、氣體流量，直至無水產(chǎn)出為止；

6)采用非穩(wěn)態(tài)氣水相滲計算方法獲取該巖心的氣水相滲曲線。

本發(fā)明提供的煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法，通過接入實驗裝置的不同來實現(xiàn)裝置的多功能性，可分別測量巖心的滲透率、吸附量、以及不同含水飽和度對吸附量的影響。本發(fā)明在于多功能煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價裝置實現(xiàn)多功能性，在一定條件下可測量巖心的滲透率，改變裝置的連接，可測量巖心不同狀態(tài)下的吸附量的變化；在于改變不同實驗條件，測量巖心的吸附量，從而建立不同物理因素，包括巖心的含水量、溫度、壓力等對吸附量的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法流程圖。

圖2是本發(fā)明實施例提供的多功能煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的樣品巖心夾持器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、高壓驅(qū)替泵；2、第一閥門；3、高壓中間容器；4、第二閥門；5、高壓中間容器；6、水蒸氣發(fā)生器；7、脈沖發(fā)生器；8、排空閥；9、第三閥門；10、第四閥門；11、圍壓泵；12、第七壓力表；13、第一壓力表；14、第五閥門；15、樣品巖心夾持器；15-1、密封組件；15-2、壓力探頭；15-3、水霧輸入探頭；15-4、壓環(huán)；15-5、封頭；15-6、左夾緊環(huán)；15-7、連接桿；15-8、左巖心塞；15-9、帶有小孔和電極的套筒；15-10、巖心；15-11、右?guī)r心塞；15-12、快開螺母組及右夾緊環(huán)；15-13、軸向加載筒體；15-14、軸向活塞；15-15、軸向密封活塞；15-16、軸向封頭；15-17、電極；15-18、氣孔；16、第八壓力表；17、第六閥門；18、回壓閥；19、氣液分離裝置；20、氣體流量計；21、第七閥門；22、流量計閥；23、第八閥門；24、第二壓力表；25、參考室；26、第三壓力表；27、第九閥門；28、第十閥門；29、第四壓力表；30、第十一閥門；31、第五壓力表；32、第十二閥門；33、第六壓力表；34、第十三閥門；35、第十四閥門；36、真空泵。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實現(xiàn)多功能性，在一定條件下可測量巖心的滲透率，改變裝置的連接，可測量巖心不同狀態(tài)下的吸附量的變化；在于改變不同實驗條件，測量巖心的吸附量，從而建立不同物理因素，包括巖心的含水量、溫度、壓力等對吸附量的影響。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實施例的煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法包括以下步驟：

s101：打開閥門14，打開圍壓泵11，使樣品巖心夾持器15達(dá)到實驗圍壓；打開閥門第十四閥門35、閥門第十閥門28、第四閥門10、第九閥門27，利用真空泵將36參考室25和樣品巖心夾持器15抽真空；關(guān)閉閥門第十四閥門35，并關(guān)閉真空泵36；

s102：設(shè)置并調(diào)節(jié)恒溫箱溫度，使樣品巖心夾持器15和參考缸25的溫度穩(wěn)定在實驗溫度(視具體情況而定)；打開第一閥門2、第十三閥門34，打開高壓驅(qū)替泵1，通過高壓中間容器3向系統(tǒng)內(nèi)充入氦氣，關(guān)閉第十閥門28，測量并記錄參考室25和樣品巖心夾持器15的壓力數(shù)據(jù)，若壓力在6h內(nèi)保持不變，則說明系統(tǒng)氣密性良好；

s103：待氣密性測量結(jié)束后，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵1，并關(guān)閉第一閥門2、第十三閥門34，然后打開真空泵36，打開第十四閥門35、第十閥門28，將系統(tǒng)重新抽真空；關(guān)閉第十四閥門35、第四閥門10，關(guān)閉真空泵36；打開高壓驅(qū)替泵1，打開第一閥門2、第十三閥門34，使高壓中間容器3中的氦氣注入?yún)⒖际?，并使壓力達(dá)到一定值(視具體情況而定)，關(guān)閉閥門28，并待壓力穩(wěn)定后，記錄參考室25的壓力；

s104：打開第四閥門10，使氣體膨脹到樣品巖心夾持器15中，待壓力穩(wěn)定后，記錄相應(yīng)的平衡壓力；次升高參考室壓力，通過波義爾定律計算，測定樣品巖心夾持器的自由空間體積；關(guān)閉第十三閥門34、第一閥門2，打開真空泵36，第十四閥門35、第十閥門28，將參考室25和樣品巖心夾持器15抽真空；

s105：關(guān)閉第十四閥門35、第四閥門10，并關(guān)閉真空泵36；打開第三閥門9，通過水蒸氣發(fā)生器6向樣品巖心夾持器15中的巖心注入實驗量要求的水蒸氣；關(guān)閉第三閥門9，水蒸氣發(fā)生器6，通過電極采集數(shù)據(jù)測量巖心電阻率，計算其含水飽和度；

s106：打開高壓驅(qū)替泵1，第二閥門4、第十二閥門32，向參考室25內(nèi)注入高壓中間容器5中的甲烷氣體，關(guān)閉第十閥門28，待壓力穩(wěn)定到實驗壓力(視具體情況而定)后，采集參考室25的壓力；打開第四閥門10，使甲烷氣體膨脹到樣品巖心夾持器15中，待壓力穩(wěn)定后，采集樣品巖心夾持器壓力，并記錄相應(yīng)的平衡壓力；

s107：改變實驗壓力，獲取不同壓力下的吸附量；改變含水飽和度，重復(fù)上述實驗步驟獲取不同含水飽和度下煤/頁巖氣吸附量；關(guān)閉圍壓泵11，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵1，關(guān)閉第一閥門2、第十三閥門34、閥門14，打開排空閥8，放空系統(tǒng)壓力，結(jié)束實驗。

樣品缸內(nèi)自由空間體積計算公式如下：

v＝v1-vs；

式中：

v——自由空間體積，單位為立方厘米(cm³)；

v1——樣品缸總體積，單位為立方厘米(cm³)；

其中巖樣的體積計算公式如下：

式中：

vs——巖樣的體積，單位立方厘米(cm³)；

p1——平衡后壓力，單位為兆帕(mpa)；

p2——參考缸初始壓力，單位為兆帕(mpa)；

p3——樣品缸初始壓力，單位為兆帕(mpa)；

t1——平衡后溫度，單位為開(k)；

t2——參考缸初始溫度，單位為開(k)；

t3——樣品缸初始溫度，單位為開(k)；

v1——系統(tǒng)總體積，單位立方厘米(cm³)；

v2——參考缸體積，單位立方厘米(cm³)；

v3——樣品缸體積，單位立方厘米(cm³)；

z1——平衡條件下氣體的壓縮因子；

z2——參考缸初始?xì)怏w的壓縮因子；

z3——樣品缸初始?xì)怏w的壓縮因子。

本發(fā)明實施例的煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的常規(guī)煤巖滲透率測定方法包括以下步驟：

1)打開第五閥門14，打開圍壓泵11，使樣品巖心夾持器15達(dá)到實驗圍壓。

2)在關(guān)閉除圍壓泵管線上第五閥門14外的所有閥門之后，打開第十四閥門35、第十閥門28、第四閥門10，并打開真空泵36，將樣品巖心夾持器15抽真空。

3)關(guān)閉第十四閥門35、第四閥門10，并關(guān)閉真空泵36。

4)打開高壓驅(qū)替泵1，打開第一閥門2、第十三閥門34，使高壓中間容器3中的氦氣注入樣品巖心夾持器15，控制壓力使氦氣緩慢通過巖心。

5)打開氣體流量計20，打開第六閥門17、流量計閥22，待氣體流量計20示數(shù)穩(wěn)定后讀取滲流流量。

6)通過氣體達(dá)西定律計算得出巖心滲透率。

其中氣體達(dá)西定律計算巖心滲透率公式如下：

式中：

kg——為巖心滲透率，單位達(dá)西(d)；

q0——為通過巖心的氣體流量，單位立方厘米每秒(cm³/s)；

μ——為氣體的黏度，單位毫帕秒(mpa·s)；

l——為巖心的長度，單位厘米(cm)；

a——為巖心的截面積，單位立方厘米(cm²)；

p1——為巖心的入口壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕(10^-1mpa)；

p2——為巖心的出口壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕(10^-1mpa)；

p0——為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕(10-¹mpa)。

7)關(guān)閉圍壓泵11，第五閥門14，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵1，關(guān)閉第一閥門2、第十三閥門34，結(jié)束實驗。

本發(fā)明實施例的煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的低滲透率頁巖滲透率測定方法包括以下步驟：

1)打開第五閥門14，打開圍壓泵11，使樣品巖心夾持器15達(dá)到實驗圍壓。

2)在關(guān)閉除圍壓泵管線上第五閥門14外的所有閥門之后，打開第十四閥門35、第十閥門28、第四閥門10，并打開真空泵36，將樣品巖心夾持器15抽真空。

3)關(guān)閉第十四閥門35，打開脈沖發(fā)生器7，打開第十一閥門30，打開第六閥門17、第七閥門21。

4)待第七壓力表12、第八壓力表16所連接的標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)壓力與巖樣內(nèi)部壓力平衡后，給一個壓力脈沖，記錄壓力傳感器的壓差變化與其對應(yīng)的時間，通過瞬態(tài)壓力脈沖法的計算方法，求得巖心滲透率。

其中瞬態(tài)壓力脈沖法計算巖心滲透率公式如下：

式中：

δp(t)——為巖樣兩端壓差，單位十的負(fù)一次方兆帕(10-¹mpa)；

pi——為初使脈沖壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕(10-¹mpa)；

θ——為衰減曲線斜率；

t——為時間，單位秒(m)；

vu——第七壓力表12所連接的標(biāo)準(zhǔn)室的上游容積體積，單位立方厘米(cm³)；

vd——第八壓力表16所連接的標(biāo)準(zhǔn)室的下游容積體積，單位立方厘米(cm³)；

μ——為水的黏度，單位毫帕秒(mpa·s)；

cw——為水的壓縮系數(shù)，單位兆帕的負(fù)一次方(mpa^-1)；

k——為巖心滲透率，單位達(dá)西(d)；

a——為巖心橫截面面積，單位(m²)。

5)關(guān)閉圍壓泵11，第五閥門14，關(guān)閉脈沖發(fā)生器7，關(guān)閉第十一閥門30，結(jié)束實驗。

本發(fā)明實施例的煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的巖電實驗測定方法包括以下步驟：

1)打開第五閥門14，打開圍壓泵11，使樣品巖心夾持器15達(dá)到實驗圍壓。

2)關(guān)閉第十三閥門34、第十二閥門32、第十一閥門30、排空閥8、第六閥門17、第九閥門27，打開第十四閥門35、第十閥門28、第四閥門10，并打開真空泵36，將樣品巖心夾持器15抽真空。

3)關(guān)閉第十四閥門35，并關(guān)閉真空泵36。

4)打開高壓驅(qū)替泵1，打開第二閥門4、第十二閥門32、第六閥門17、第七閥門21，向樣品巖心夾持器15中注入高壓中間容器5中的模擬地層水(根據(jù)實際的地層水礦化度和水型等資料配制)，并等待其充分飽和。

5)關(guān)閉第二閥門4、第十二閥門32、第七閥門21，打開第一閥門2、第十三閥門34，打開回壓閥18，向樣品巖心夾持器15中注入高壓中間容器3中的氣體注入巖心，驅(qū)替巖心中飽和的水，通過電極采集數(shù)據(jù)測量其電阻率。

6)關(guān)閉圍壓泵11，第五閥門14，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵1，關(guān)閉第一閥門2、第十三閥門34。

7)利用阿爾奇公式計算出巖電實驗參數(shù)，完成實驗。

阿爾奇公式如下：

式中：

sw——為地層水飽和度；

a——為巖性系數(shù)；

b——為常數(shù)；

rw——為地層水電阻率，單位為歐姆秒(ω·m)；

rt——為地層電阻率，單位為歐姆秒(ω·m)；

——為巖石孔隙度；

m——膠結(jié)系數(shù)；

n——飽和度指數(shù)。

本發(fā)明實施例的煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的測量樣品巖心的孔隙體積與孔隙度測定方法包括以下步驟：

1)打開第五閥門14，打開圍壓泵11，使樣品巖心夾持器15達(dá)到實驗圍壓。

2)關(guān)閉第十三閥門34、第十二閥門32、第十一閥門30、排空閥8、第六閥門17、第八閥門23，打開真空泵36，打開第十四閥門35、第十閥門28、第四閥門10、第九閥門27，將參考室25和樣品巖心夾持器15抽真空。

3)關(guān)閉第十四閥門35、第四閥門10，并關(guān)閉真空泵36。

4)打開高壓驅(qū)替泵1，打開第一閥門2、第十三閥門34，使高壓中間容器3中的氣體通入?yún)⒖际?5，并使壓力達(dá)到一定數(shù)值(根據(jù)具體情況而定)，關(guān)閉閥門28，并待壓力穩(wěn)定后，記錄參考室25的壓力。

5)打開第四閥門10，使氣體膨脹到樣品巖心夾持器15中，待壓力穩(wěn)定后，記錄相應(yīng)的平衡壓力。

6)根據(jù)波義耳定律計算巖心孔隙體積和孔隙度。

其中波義爾定律與孔隙度計算公式如下：

v1p1＝v2p2

v1＝v2+vb

式中：

v1——為參考室狀態(tài)下的氣體體積；

p1——為參考室狀態(tài)下的氣體壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕(10^-1mpa)；

v2——為巖心夾持器內(nèi)部狀態(tài)下的氣體體積；

p2——為巖心夾持器內(nèi)的氣體壓力，單位十的負(fù)一次方兆帕(10^-1mpa)；

——為巖石孔隙度；

vp——為巖石孔隙體積，單位為(cm³)；

vs——為儲集巖基質(zhì)顆粒體積，單位為(cm³)；

vb——為儲集巖的總體積，單位為(cm³)。

7)關(guān)閉圍壓泵11，關(guān)閉高壓驅(qū)替泵1，關(guān)閉第一閥門2、第十三閥門34，打開排空閥8，放空系統(tǒng)壓力，結(jié)束實驗。

本發(fā)明實施例的煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價頁巖氣吸附方法的氣水兩相相對滲透率曲線測量包括以下步驟：

1)打開第五閥門14，打開圍壓泵11，使樣品巖心夾持器15達(dá)到實驗圍壓。

2)關(guān)閉第十三閥門34、第十二閥門32、第十一閥門30、排空閥8、第六閥門17、第九閥門27、第八閥門23，打開第十四閥門35、第十閥門28、第四閥門10，并打開真空泵36，將樣品巖心夾持器15抽真空。

3)關(guān)閉第十四閥門35，并關(guān)閉真空泵36。

4)打開高壓驅(qū)替泵1，打開第二閥門4、第十二閥門32、第六閥門17、第七閥門21，關(guān)閉回壓閥18、流量計閥22，向樣品巖心夾持器15中注入高壓中間容器5中的地層水，并等待其充分飽和。

5)關(guān)閉第二閥門4、第十二閥門32、第七閥門21，打開第一閥門2、第十三閥門34、回壓閥18，設(shè)置實驗回壓，采用恒速或恒壓方式驅(qū)替，利用氣體驅(qū)替巖心中的水，計量不同時刻的產(chǎn)水量、氣體流量，直至無水產(chǎn)出為止。

6)采用非穩(wěn)態(tài)氣水相滲計算方法獲取該巖心的氣水相滲曲線。

如圖2所示，本發(fā)明實施例的多功能煤/頁巖超高壓氣體吸附解析實驗裝置由高壓驅(qū)替泵1、第一閥門2、高壓中間容器3、第二閥門4、高壓中間容器5、水蒸氣發(fā)生器6、脈沖發(fā)生器7、排空閥8、9第三閥門9、第四閥門10、圍壓泵11、連接有標(biāo)準(zhǔn)室的壓力表12、第一壓力表13、第五閥門14、樣品巖心夾持器15、連接有標(biāo)準(zhǔn)室的壓力表16、第六閥門17、回壓閥18、氣液分離裝置19、氣體流量計20、第一第七閥門21、流量計閥22、第一第八閥門23、第二壓力表24、參考室25、第三壓力表26、第一第九閥門27、第十閥門28、第四壓力表29、第十一閥門30、第五壓力表29、第十二閥門32、第六壓力表33、第十三閥門34、第十四閥門35、真空泵36。

高壓驅(qū)替泵1通過高壓管線和閥門與裝實驗流體的高壓中間容器3、高壓中間容器5相連；真空泵36通過高壓管線與高壓中間容器3、高壓中間容器5、脈沖發(fā)生器7、排空閥8及恒溫系統(tǒng)連接；恒溫系統(tǒng)通過高壓管線與油氣分離裝置19、第一第七閥門21和氣體流量計20連接；恒溫系統(tǒng)中參考室通過管線和閥門與樣品巖心夾持器連接；樣品巖心夾持器通過高壓管線與圍壓泵連接；水蒸汽發(fā)生器通過高壓管線與樣品巖心夾持器連接。

恒溫系統(tǒng)包括：參考室25和樣品缸15，參考室25和樣品缸15通過高壓管線連接在一起，參考室25和樣品缸15的高壓管線上入口端設(shè)置有高壓管線與第三壓力表26、第一第九閥門27、第四閥門10及連接有標(biāo)準(zhǔn)室的壓力表12(該標(biāo)準(zhǔn)室在進(jìn)行除低滲透壓力脈沖法之外的實驗時不開啟)，而高壓管線上的出口端連接設(shè)置有第二壓力表24、第一第八閥門23、第六閥門17及連接有標(biāo)準(zhǔn)室的壓力表16(該標(biāo)準(zhǔn)室在進(jìn)行除低滲透壓力脈沖法之外的實驗時不開啟)。

真空泵1和恒溫系統(tǒng)的高壓管線上安裝有第十四閥門35、第十閥門28和放空閥8，高壓中間容器3、高壓中間容器5的進(jìn)口端分別安裝有第一閥門2、第二閥門4，高壓中間容器3、高壓中間容器5的出口端分別安裝有第六壓力表33、第五壓力表29、第十三閥門34、第十二閥門32。

流量計的高壓管線上安裝有流量計閥22、放空閥21、氣液分離裝置19、回壓閥18，并且流量計閥22與氣液分離裝置19、回壓閥18為并聯(lián)關(guān)系，第一第七閥門21與流量計20、流量計閥22并聯(lián)關(guān)系。

水蒸氣發(fā)生器通過高壓管線與第三閥門9和樣品巖心夾持器的兩端及中段相連。

所述一種多功能煤/頁巖超高壓氣體吸附和滲流實驗評價裝置中，壓力表均與電腦相連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集。

如圖3所示，樣品巖心夾持器15包括：密封組件15-1、壓力探頭15-2、水霧輸入探頭15-3、壓環(huán)15-4、封頭15-5、左夾緊環(huán)15-6、連接桿15-7、左巖心塞15-8、帶有小孔和電極的套筒15-9、巖心15-10、右?guī)r心塞15-11、快開螺母組及右夾緊環(huán)15-12、軸向加載筒體15-13、軸向活塞15-14、軸向密封活塞15-15、軸向封頭15-16、電極15-17、氣孔15-18。

所述樣品缸可通過閥門的開關(guān)分別與參考室、流量計連接：樣品缸與流量計連接是用時可測量流體通過巖心前后的壓強(qiáng)差以及通過巖心流體流量，從而測量巖心滲透率；樣品缸與參考室連接使用時可測量參考室連接樣品缸前后壓強(qiáng)差，再運用langmuir公式來計算巖心吸附量。所述樣品缸中探頭上的電阻率傳感器，通過測量巖心電阻率大小計算巖心的含水量，從而可以參量不同含水量下巖心的吸附量，可得含水量對吸附量的影響。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。