[发明专利]一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置及其方法

权利要求书

1.一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试方法，其特征在于，其所使用的装置包括夹持器(9)、橡胶套(10)和恒温箱(15)，橡胶套(10)套装在夹持器(9)外部后设置在恒温箱(15)中，还包括围压加载系统、气压控制系统、数据采集系统，

围压加载系统的轴压柱塞加载泵(1)通过管路与夹持器(9)的后端部连接，围压加载系统的环压柱塞加载泵(2)通过管路与夹持器(9)的侧面连接；

气压控制系统的气瓶(3)、真空泵(5)均通过管路与气压控制器(7)的一端连接，气压控制器(7)的另一端连接夹持器(9)前端的流体通道；在真空泵(5)与气压控制器(7)连接的管路上安装阀门Ⅱ(6)，在气瓶(3)与阀门Ⅱ(6)连接的管路上安装阀门Ⅰ(4)，夹持器(9)后端的流体通道通过管路与标准容器(14)连接；

数据采集系统包括位移传感器(12)、温度传感器(11)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)和数据采集计算机(16)；位移传感器(12)的探头安装在夹持器(9)的一端；温度传感器(11)设置在恒温箱(15)内部；压力传感器Ⅰ(8)安装在气压控制器(7)与夹持器(9)连接的管路上；压力传感器Ⅱ(13)安装在夹持器(9)与标准容器(14)连接的管路上；数据采集计算机(16)分别通过电缆与位移传感器(12)、温度传感器(11)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)连接，用来采集位移传感器(12)、温度传感器(11)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)的数据；

所述测试方法包括以下步骤：

①将样品加工成圆柱体，放入烘干箱进行干燥；

②将样品装入带橡胶套(10)的夹持器(9)内，检查位移传感器(12)、温度传感器(11)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)的工作状态；

③通过轴压柱塞加载泵(1)和环压柱塞加载泵(2)对样品施加压力，检查是否漏液；设定恒温箱(15)内温度为室温～100℃，通过温度传感器(11)反馈数据到数据采集计算机(16)，由数据采集计算机(16)自动调整恒温箱(15)内的温度，保证温度恒定；关闭阀门Ⅰ(4)，开通阀门Ⅱ(6)，待围压稳定后，打开真空泵(5)，对样品抽真空24小时；

④关闭阀门Ⅱ(6)，打开阀门Ⅰ(4)和气瓶(3)，通过数据采集计算机(16)设定气压控制器(7)的出口气压特定压力值，通过压力传感器Ⅰ(8)的数据反馈自动调整气压控制器(7)，保证气体压力控制精度；观察压力传感器Ⅰ(8)和压力传感器Ⅱ(13)的数据，待压力传感器Ⅰ(8)和压力传感器Ⅱ(13)的压力相等后，通过气压控制器(7)设定压力传感器Ⅰ(8)的气压增加0.1MPa，实现前端的脉冲压力；待压力传感器Ⅱ(13)的测定压力数据与压力传感器Ⅰ(8)的数据平衡后，再通过气压控制器(7)设定压力传感器Ⅰ(8)的气压减少0.1MPa，将压力传感器Ⅰ(8)的压力设为初始压力值，待压力传感器Ⅱ(13)的压力保持恒定后，即完成一次测试周期；通过公式(1)对压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)的压力差斜率进行拟合得到公式(2)，对公式(2)进行变换得到公式(3)，再由公式(3)计算得到渗透率值；

式中：p_up(t)-p_dn(t)为压力传感器Ⅰ和压力传感器Ⅱ压力差实测值；

△p为0.1MPa的初始压差；

t为测试经过时间；

v为压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ的压力差斜率；

A为样品横截面积；

μ为气体粘滞系数；

β为气体压缩系数；

L为样品长度；

V_dn为标准容器体积；

k为渗透率；

⑤通过数据采集计算机(16)控制，按照固定周期设置气压控制器(7)更改压力传感器Ⅰ(8)的压力，保证压力传感器Ⅰ(8)按照固定周期产生脉冲压力，对样品进行持续渗透率测试，分析样品基质内孔压由非平衡至平衡过程中渗透率的变化规律；

⑥待样品的轴向变形量稳定不变，同时计算出的渗透率值不变时，即可认为样品基质内孔压达到平衡状态；完成测试后，关闭气瓶(3)、阀门Ⅰ(4)、气压控制器(7)、恒温箱(15)和数据采集计算机(16)，卸载轴压柱塞加载泵(1)和环压柱塞加载泵(2)，取出样品。