[实用新型]一种煤页岩等温吸附/解吸实验装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种测定煤页岩表面气体吸附/解吸量及吸附/解吸曲线的实验装置，尤指测定不同地应力、不同温度等真实地层状态下煤页岩表面气体吸附/解吸量及吸附/解吸曲线的实验装置。

背景技术：

目前测定气体在煤页岩中等温吸附/解吸曲线的实验方法主要有压力法、容积法以及重力法。压力法是目前最为常用的方法，其实验装置主要由气瓶、真空泵、参照缸、样品缸、压力计以及恒温油浴（或恒温箱）组成。压力法是目前测定气固吸附曲线应用最为广泛的方法，但其操作过程复杂，且对压力计的精度要求较高。容积法装置主要由真空泵、活塞泵、参照缸、样品缸、压力计、恒温油浴（或恒温箱），其原理与压力法相似，所不同的是，充入气体的体积是通过活塞泵的体积变化测得。但容积法对活塞泵的压力精度要求极高，且操作过程复杂。重力法采用的实验装置及原理与上述二者存在较大差异，其主要装置由电磁悬挂天平、高压密闭缸以及恒温箱组成。其中，密闭缸被分隔为两个密闭室，待测煤样和高压气体分别置于两个密闭室内。重力法所用实验装置造价相对昂贵，目前应用极少。而在真实地层条件下，煤岩或页岩中的流体受到地应力场、温度场等多场的耦合作用，实际煤层气或页岩气的吸附/解吸是一个具有漫长地质年代的受多场耦合作用的连续物理力学过程。地应力场和温度场的作用必然导致实际煤层气或页岩气体的吸附/解吸及扩散规律有异于非应力状态下的特性。而国内已有的实验装置无法实现对地层条件的真实模拟，即无法测定地应力场、温度场等多场耦合作用下的真实煤页岩储层条件下的等温吸附/解吸曲线，进而影响实验结果的可信性。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种煤页岩等温吸附/解吸实验装置，用于测定不同地应力、不同温度等真实地层状态下煤页岩表面气体吸附/解吸量及等温吸附/解吸曲线。

本实用新型的目的按照如下设计实现：所述实验装置主要由真空泵、高压氦气瓶、高压待测气瓶、入口端高精度压力计、入口端高精度气体质量流量计、出口端高精度气体质量流量计、真三轴岩心夹持和加压系统、系统压力传感器、系统温度传感器、恒温箱以及相应管线、阀门组成。所述入口端高精度气体质量流量计接口和真三轴岩心夹持系统进气口、入口端高精度压力计接口通过管线串联连接；入口端装有四通管，所述四通管的四个接口分别与入口端高精度压力计接口、高压待测气瓶减压阀出口、高压氦气瓶减压阀出口和真空泵相连；所述真空泵接口设置一个阀门；所述出口端高精度气体质量流量计接口和真三轴岩心夹持系统出气口通过管线连接，中间设置放气阀门。所述真三轴岩心夹持系统装入恒温箱中，所述恒温箱用于设置并保持样品试件真实的地层温度条件。

所述真三轴岩心夹持和加压系统由真三轴岩心加持系统和液压伺服控制系统组成，所述液压伺服控制系统配套一台Z轴自动加压油泵和两台X、Y轴自动加压油泵，所述Z轴自动加压油泵通过管线与所述真三轴岩心夹持系统的Z轴进油口相联，向Z轴活塞缸泵注液体，所述X、Y轴自动加压油泵分别与所述真三轴岩心夹持系统的X、Y轴进油口相联，直接向所述X、Y围压胶筒内泵注液体，实现轴压加载和围压加载。

进一步，所述自动加压油泵可由计算机控制实现自动加载功能，具备恒流和恒压功能。

所述真三轴岩心夹持系统由夹持器主体、X、Y围压胶筒、岩心胶筒、Z轴柱塞、Z轴压力腔、上盖、密封压盘、胶筒衬环、止动衬环、止动丝堵、止动柱塞组成。所述夹持器主体中间沿轴向加工有十字异形孔，在空间上形成四个相对的凹槽，凹槽用来放置X、Y围压胶筒和岩心胶筒；所述X、Y围压胶筒为四支扁长四方形空心筒，橡胶材质，一端密封，一端为带有翻边的开口，用来插入密封压盘密封X、Y方向的压力；所述岩心胶筒中心开有圆柱型通孔，橡胶材质，在其中心可装入圆柱形岩心，两端分别压入胶筒衬环、止动衬环起到支撑和辅助密封作用，插入所述Z轴柱塞和所述止动柱塞；所述止动柱塞和所述Z轴柱塞的端面开设有环状相互通联的水线槽，保证试验介质与岩心有较大的接触面积。

本实用新型的有益效果：

1、综合反映了应力、孔隙压力、温度等对煤页岩表面气体吸附/解吸的影响，既可进行单因素影响下的试验，也可进行多因素耦合作用下的试验，所进行的试验能更真实地再现实际煤页岩表面气体吸附/解吸所处的环境。

2、数据采集系统采用灵敏度及精确度更高的传感器以及气体质量流量计，包括系统压力传感器、系统温度传感器、气体质量流量计等，保证了数据采集的可靠性。

3、应力加载采用液压伺服系统，加载过程稳定，且能保证加载精度，可实现循环加卸载荷等试验方案。