CN111141657A - 一种煤岩渗透率的测定***及其测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤岩渗透率的测定***及其测定方法，该测定***包括：恒温箱、伺服加载装置、气体压力传感器、应变采集仪、计算机终端、夹持装置、参考缸、流量测试装置、真空泵、气体供应装置和三通阀，以及回压装置，其中，伺服加载装置，用于在对样品试块施加的轴压调节到待测定的压力值时，调整对样品试块施加的第一围压和/或第二围压。本发明在应力和/或应变控制条件下，监测煤岩样品的变形数据，通过调节施加在煤岩样品上的两个围压，可实现在实验室条件下，模拟煤层在原始储层中开采时的状态，更加准确的测定煤岩的渗透率，为煤矿和煤层气的开采提供更加准确的储层渗透率数据。

Description

一种煤岩渗透率的测定***及其测定方法

技术领域

本发明涉煤岩渗透率测定技术领域，尤其涉及一种煤岩渗透率的测定***及其测定方法。

背景技术

随着煤矿开采和煤层气资源开发的深入进行，在煤矿开采和煤层气的生产过程中，煤岩的渗透率随着煤矿开采和煤层气的生产会不断的发生变化，准确的测定煤岩渗透率对煤矿和煤层气的开采显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适用于在实验室，在应力和/或应变控制条件下测定煤岩渗透率的测定***及测定方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种煤岩渗透率的测定***，包括：恒温箱、伺服加载装置、气体压力传感器、应变采集仪、计算机终端、夹持装置、参考缸、流量测试装置、真空泵、气体供应装置和三通阀，以及回压装置，其中，

所述气体压力传感器、所述夹持装置、所述参考缸和所述流量测试装置以及回压装置置于所述恒温箱内；

所述夹持装置，用于固定粘贴有应变片的样品试块，具有两个独立的围压腔体，第一腔体与所述第一围压泵相连，第二腔体与所述第二围压泵相连，所述夹持装置的一端与所述参考缸相连接，另一端通过所述回压装置与所述流量测试装置相连接；

所述应变采集仪与所述应变片连接，用于采集所述应变片的应变值并发送至所述计算机终端；

所述伺服加载装置，用于在对所述样品试块施加的所述轴压调节到待测定的压力值时，调节对所述样品试块施加的第一围压和/或第二围压；

所述三通阀，设置在所述气体供应装置和所述真空泵与所述参考缸连接的管路上，用于打开或者关闭所述管路；

所述真空泵，用于在所述气体供应装置和所述真空泵与所述参考缸连接的管路打开时，对所述样品试块进行抽真空处理；

所述气体供应装置，用于存储实验气体，并结合所述三通阀的打开或者关闭，实现向所述参考缸和所述样品试块注入所述实验气体，或者停止所述实验气体的注入；

所述回压装置，用于控制所述夹持装置出气口的气体压力在设定压力值；

所述流量测试装置，用于在所述夹持装置的出气阀门打开时，采集单位时间内通过所述样品试块的气体流量，并将所述气体流量发送至所述计算机终端；

所述计算机终端，用于记录和显示所述应变采集仪采集的所述应变值和所述气体压力传感器采集的所述参考缸的气体压力值，并根据所述气体流量和所述样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率。

本发明的有益效果是：在应力和/或应变控制条件下，监测煤岩样品的变形数据，通过调节施加在煤岩样品上的围压，可实现在实验室条件下，模拟煤岩在原始储层中的原位状态，更加准确的测定煤岩的渗透率，为煤炭和煤层气资源开采提供更加准确的储层渗透率数据。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述真空泵具体用于，在所述三通阀的出气阀门打开时，对所述样品试块进行抽真空并达到设定的真空度；

所述三通阀具体用于，在所述真空泵对所述样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭所述出气阀门，同时打开其进气阀门以打开所述气体供应装置与所述参考缸的连接，将实验气体注入到所述参考缸和所述夹持装置中，使得参考缸和所述夹持装置内的气体压力达到并维持在预设压力值。

进一步地，所述样品试块上粘贴的应变片为2组，分别粘贴在所述样品试块的上部和下部，所述样品试块的形状与所述夹持装置相适配。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过在样品试块上粘贴2组应变片，以备在其中一组出现故障时，利用另一组进行测定，从而保证良好的测定效果。

进一步地，所述样品试块的形状为圆柱形，所述应变片粘贴在圆柱形的所述样品试块的侧壁上部正中间和下部正中间位置。

采用上述进一步方案的有益效果是：基于圆柱形的对称性，在圆柱形样品试块的侧壁上部正中间和下部正中间位置粘贴应变片，可以有效减少需要测量的数据，从而确保测定结果更加准确。

进一步地，所述伺服加载装置具体用于，通过所述轴压泵调节对所述样品试块施加的轴压至所述待测定的压力值，通过所述第一围压泵和所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压和所述第二围压至所述待测定的压力值；

或者，通过所述第一围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压直到所述应变采集仪采集到的第一径向应变值至第一预设径向应变值，且通过所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第二围压直到所述应变采集仪采集到的第二径向应变值至第二预设径向应变值；

或者，通过所述第一围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压至待测定的压力值，通过所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第二围压直到所述应变采集仪采集到的径向应变值至所述第二预设径向应变值。

进一步地，所述实验气体包括：氦气、氮气、二氧化碳和甲烷中的任一种气体。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过不同的实验气体的测定可以更加准确的还原试块在原始储层中的煤岩的渗透率的情况。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

本发明还提供了一种基于上述各实施例所述的煤岩渗透率的测定***的煤岩渗透率的测定方法，包括以下步骤：

步骤1、将粘贴有应变片的样品试块固定在夹持装置上，其中，所述应变片与应变采集仪连接；

步骤2、控制伺服加载装置对所述样品试块施加轴压、第一围压和第二围压均至第一设定压力值；

步骤3、控制三通阀的出气阀门打开，同时开启真空泵对所述样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭所述三通阀的出气阀门；

步骤4、控制所述三通阀的进气阀门打开，并打开气体供应装置将实验气体注入到参考缸和所述夹持装置中，使得参考缸和所述夹持装置内的气体压力达到并维持在预设压力值；

步骤5、待所述参考缸中的气体压力值的变化满足第一预设条件，且通过应变采集仪得到的所述应变片的应变值的变化满足第二预设条件时，控制所述夹持装置的出气阀门打开，控制所述回压装置的压力值至第二设定压力值，并对通过所述样品试块的气体流量进行测量，以根据所述气体流量和采集的所述样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率；

步骤6、通过所述计算机终端控制所述伺服加载装置对所述样品试块施加的轴压调节至待测定的压力值时，调节对所述样品试块施加的第一围压和/或第二围压至各自的预设条件，然后执行步骤5；

步骤7、重复执行步骤5和步骤6直至完成设定的所有待测定的压力值的测量。

本发明的有益效果是：在应力和/或应变控制条件下，监测煤岩样品的变形数据，通过调节施加在煤岩样品上的两个围压，可实现在实验室条件下，模拟煤岩在原始储层中的原位状态，更加准确的测定煤岩的渗透率，为煤炭和煤层气资源开采提供更加准确的储层渗透率数据。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，步骤6具体为：

通过控制所述轴压泵调节对所述样品试块施加的轴压至所述待测定的压力值；

通过控制所述第一围压泵和所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压和所述第二围压均至所述待测定的压力值。

采用上述进一步方案的有益效果是：在应力控制条件下，监测煤岩样品的变形数据，通过调节施加在煤岩样品上的轴压和围压，可实现在实验室条件下，模拟煤岩在原始储层中的原位状态，更加准确的测定煤岩的渗透率，为煤炭和煤层气资源开采提供更加准确的储层渗透率数据。

进一步地，步骤6具体为：

通过控制所述轴压泵调节对所述样品试块施加的轴压至所述待测定的压力值；

通过控制所述第一围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压直到所述应变采集仪采集到的第一径向应变值至第一预设径向应变值；

通过控制所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第二围压直到所述应变采集仪采集到的第二径向应变值至第二预设径向应变值。

采用上述进一步方案的有益效果是：在应变控制条件下，维持径向应变不变，监测煤岩样品的变形数据，通过调节施加在煤岩样品上的两个围压，可实现在实验室条件下，模拟煤岩在原始储层中的原位状态，更加准确的测定煤岩的渗透率，为煤炭和煤层气资源开采提供更加准确的储层渗透率数据。

进一步地，通过控制所述轴压泵调节对所述样品试块施加的轴压至所述待测定的压力值；

通过控制所述第一围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压至待测定的压力值；

通过控制所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第二围压直到所述应变采集仪采集到的径向应变值至所述第二预设径向应变值。

采用上述进一步方案的有益效果是：在应力和应变控制条件下，监测煤岩样品的变形数据，通过调节施加在煤岩样品上的轴压和围压，可实现在实验室条件下，模拟煤岩在原始储层中的原位状态，更加准确的测定煤岩的渗透率，为煤炭和煤层气资源开采提供更加准确的储层渗透率数据。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的一种煤岩渗透率的测定***的示意性结构框图；

图2为样品试块在附图1所示的煤岩渗透率的测定***的夹持装置中时的受力示意图；

图3为本发明所述的基于图1所示的煤岩渗透率的测定***的煤岩渗透率的测定方法的示意性流程图；

图4为利用本发明所述的煤岩渗透率的测定方法得到的测得结果；

图5为利用本发明所述的煤岩渗透率的测定方法进行测定的过程中围压的变化情况。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示的一种煤岩渗透率的测定***100包括：恒温箱101、伺服加载装置102、气体压力传感器103、应变采集仪104、计算机终端105、夹持装置106、参考缸107、流量测试装置108、真空泵109、气体供应装置110和三通阀111，以及回压装置112。其中，

气体压力传感器103、夹持装置106、参考缸107和流量测试装置108、回压装置112置于恒温箱101内。伺服加载装置106包括：轴压泵3、第一围压泵1和第二围压泵2。

夹持装置106用于固定粘贴有应变片的样品试块，具有两个独立的围压腔体(样品试块位于该夹持装置中的受力情况如图2所示)，第一腔体与第一围压泵1相连，第二腔体与第二围压泵2相连。夹持装置106的一端与参考缸107连接，另一端通过回压装置112与流量测试装置108相连接。应变采集仪104与应变片连接(附图中未示出)，用于采集应变片的应变值并发送至计算机终端105。

伺服加载装置102在对样品试块施加的轴压调节到待测压力值时，调节对样品试块施加的第一围压和/或第二围压。

三通阀111设置在气体供应装置110和真空泵109与参考缸107连接的管路上，用于打开或者关闭该管路。

真空泵109用于在气体供应装置110和真空泵109与参考缸107连接的管路打开时，对样品试块进行抽真空处理。

气体供应装置110用于存储实验气体，并结合三通阀111的打开或者关闭，实现向参考缸107和样品试块注入实验气体，或者停止实验气体的注入。

回压装置112用于控制夹持装置106出气口的气体压力在设定压力值。

流量测试装置108用于在夹持装置106的出气阀门打开时，采集单位时间内通过样品试块的气体流量，并将气体流量发送至计算机终端105。

计算机终端105用于记录和显示应变采集仪104采集的应变值和气体压力传感器103采集的参考缸107的气体压力值，并根据气体流量和样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率。

具体的，在该实施例中，变形数据分别为径向应变和轴向应变的应变值，包括两组数据，分别为径向1、轴向1和径向2、轴向2，单位为με，例如：径向1为200、轴向1为300。

可选地，在一个实施例中，三通阀111在伺服加载装置102对样品试块施加的轴压和围压至设定压力值时，打开其出气阀门，且在真空泵109对样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭出气阀门，同时打开其进气阀门以打开气体供应装置110与参考缸107的连接，将实验气体注入到参考缸107和夹持装置106中。

具体的，在该实施例中，三通阀111在流量测试装置108采集单位时间内通过样品试块的气体流量后，关闭进气阀门以中断参考缸107与气体供应装置110的连接；并在夹持装置106的出气阀门打开持续放气，直至参考缸107中的气体压力值达到并维持在预设压力值时，停止放气，打开进气阀门以打开气体供应装置110与参考缸107的连接，将实验气体注入到参考缸107和夹持装置106中。伺服加载装置102在应变值和气体压力值再次满足预设条件时，调整对样品试块施加的围压，直到采集到的应变值与变形数据中的应变值相同。

可选地，在另一个实施例中，样品试块上粘贴的应变片为2组，分别粘贴在所述样品试块的上部和下部。其中，样品试块的上部位于第一腔体内，下部位于第二腔体内。2组应变片与应变采集仪104连接。样品试块的形状与夹持装置106相适配。通过在样品试块上粘贴2组应变片，以备在其中一组出现故障时，利用另一组进行测定，从而保证良好的测定效果。

具体的，在该实施例中，样品试块的形状可以为圆柱形，2组应变片分别粘贴在圆柱形的样品试块的侧壁上部正中间和下部正中间位置。基于圆柱形的对称性，在圆柱形样品试块的侧壁正中间位置粘贴应变片，可以有效减少需要测量的数据，从而确保测定结果更加准确。

需要说明的是，在该实施例中，样品试块的形状还可以是长方体形。相较于圆柱形的试块，长方体形的试块在测定过程中需要测量的数据较多，因此，优选的采用圆柱形的试块。

在上述实施例中，实验气体包括：氦气、氮气、二氧化碳和甲烷中的任一种气体。而通过将上述几种气体作为实验气体，可以更加准确的还原试块在原始储层中的煤岩的渗透率的情况。

另外，在上述实施例中，在应力控制条件下，伺服加载装置具体用于，通过轴压泵调节对样品试块施加的轴压至待测定的压力值，通过第一围压泵和第二围压泵调节对样品试块施加的第一围压和第二围压至待测定的压力值。

在应变控制条件下，伺服加载装置具体用于，通过第一围压泵调节对样品试块施加的第一围压直到应变采集仪采集到的第一径向应变值至第一预设径向应变值，且通过第二围压泵调节对样品试块施加的第二围压直到应变采集仪采集到的第二径向应变值至第二预设径向应变值。

在应变和应力混合控制情况下，伺服加载装置具体用于，通过第一围压泵调节对样品试块施加的第一围压至待测定的压力值，通过第二围压泵调节对样品试块施加的第二围压直到应变采集仪采集到的径向应变值至第二预设径向应变值。

综上，本发明实施例提供的一种煤岩渗透率的测定***，在应力和/或应变控制条件下，监测煤岩样品的变形数据，通过调节施加在煤岩样品上的围压，可实现在实验室条件下，模拟煤岩在原始储层中的原位状态，更加准确的测定煤岩的渗透率，为煤炭和煤层气资源开采提供更加准确的储层渗透率数据。

另外，由于在该测定***中设置了参考缸，可以有效避免在每次调整气体压力的预设压力值后都进行一次抽真空的操作，从而简化测定过程，降低时间成本。

上文中结合图1详细描述了本发明实施例提供的一种煤岩渗透率的测定***的技术方案，下面结合图3对基于上述实施例中的煤岩渗透率的测定***的煤岩渗透率的测定方法进行详细的描述。

如图3所示，一种基于上述实施例中的煤岩渗透率的测定***的煤岩渗透率的测定方法10，包括以下步骤：

步骤1、将粘贴有应变片的样品试块固定在夹持装置上，其中，应变片与应变采集仪连接。

步骤2、控制伺服加载装置对样品试块施加轴压、第一围压和第二围压均至第一设定压力值。

步骤3、控制三通阀的出气阀门打开，同时开启真空泵对样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭三通阀的出气阀门。

步骤4、控制三通阀的进气阀门打开，并打开气体供应装置将实验气体注入到参考缸和夹持装置中，使得参考缸和夹持装置内的气体压力达到并维持在预设压力值。

步骤5、待参考缸中的气体压力值的变化满足第一预设条件，且通过应变采集仪得到的应变片的应变值的变化满足第二预设条件时，控制夹持装置的出气阀门打开，控制回压装置的压力值至第二设定压力值，并对通过样品试块的气体流量进行测量，以根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率。

步骤6、通过计算机终端控制伺服加载装置对样品试块施加的轴压调节至待测定的压力值时，调节对样品试块施加的第一围压和/或第二围压至各自的预设条件，然后执行步骤5。

步骤7、重复执行步骤5和步骤6直至完成设定的所有待测定的压力值的测量。

具体的，在一个实施例中，应变控制条件下的煤岩渗透率的测定方法，具体包括以下步骤：

1、制作试块，将样品根据实验方案的设定加工成实验所需的试块；具体的，可以利用线切割，将试块加工成直径25mm，高50mm的圆柱形试块。

2、将试块干燥后，粘贴应变片；

3、将试块固定于试块夹持装置上，并将粘贴在试块上的应变片连接到应变采集仪上；由于夹持装置具有两个独立的围压腔体，即：第一腔体和第二腔体，所以位于第一腔体内的试块上部和位于第二腔体内的试块下部上分别粘贴有应变片。

4、打开计算机上的气体压力采集软件和应变采集软件，打开伺服加载装置，通过伺服加载装置对试块施加轴压、第一围压和第二围压均至第一设定压力值；

5、控制三通阀的出气阀门打开，同时开启真空泵对样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭三通阀的出气阀门；

6、控制三通阀进气阀打开，打开气体供应装置，注入实验气体到参考缸和夹持器中，通过计算机上的气体压力采集软件观测气体压力，待气体压力达到设定值后，维持气体压力在预设压力值；

7、待计算机上气体压力采集软件的气体压力值不再变化，且应变采集软件的应变值维持稳定后，打开夹持器的出气阀，控制回压装置在第二设定压力值，并对进行气体流量的测试；

需要说明的是，气体压力值不再变化，表明参考缸内的气体以达到吸附平衡状态。若某一段时间内采集的多个应变值的变化在误差允许范围之内，可认为应变值维持稳定。

8、根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率；

9、通过控制轴压泵调节对样品试块施加的轴压至待测定的压力值，通过控制第一围压泵调节对样品试块施加的第一围压直到应变采集仪采集到的第一径向应变值至第一预设径向应变值，且通过控制第二围压泵调节对样品试块施加的第二围压直到应变采集仪采集到的第二径向应变值至第二预设径向应变值，则进行步骤7和步骤8；

需要说明的是，在该实施例中，调节对样品试块施加的第一围压和/或第二围压至各自的预设条件，具体是指：调节第一围压直到第一径向应变值至第一预设径向应变值，调节第二围压直到第二径向应变值至第二预设径向应变值。

10、重复执行步骤9和步骤7以及步骤8直至完成设定的所有待测定的压力值的测量。

具体的，根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率的具体方法如下：

通过单位时间内通过试块的气体流量和进出口两端的气体压力，计算出煤岩的渗透率：

其中，K-试块的渗透率，cm²；Q-单位时间内通过试块的气体流量，cm³/s；μ-气体的动力粘度，MPa·s；P₀-为大气压，取0.1MPa；L-为试块长度，cm；A为试块横截面面积，cm²；P₁，P₂分别为试块进出口两端的气体压力，MPa。

需要说明的是，由于参考缸与夹持装置相连，所以夹持装置进气口的压力值为气体压力传感器采集的参考缸的压力值。夹持装置出气口的压力值为气体压力传感器采集的回压装置的压力值。

当采用氮气作为实验气体，利用上述测定方法在应变控制条件下的进行煤岩的渗透率测定时，设定的围压和轴压的第一设定压力值为10MPa，气体压力的预设压力值按4.0MPa→3.5MPa→3.0MPa→2.5MPa→2.0MPa→1.5MPa→1.0MPa→0.5MPa→0.3MPa依次降低进行，即：测完4MPa后(在进行4MPa实验时，气体压力是不改变的，只改变轴压和围压)，再切换到3.5MPa进行实验时，这时的预设压力值则为3.5MPa，得到的煤岩渗透率的测定结果如图4所示。在测定过程中围压的变化情况如图5所示。

从图4可以看出，随着气体压力的降低渗透率逐渐增大，径向应变保持不变，轴向应变逐渐减小，体积应变也逐渐减小，煤样收缩。从图5可以看出，随着气体压力的降低，为了控制径向应变维持在预设值，围压持续降低，与气体压力的降低呈现出线性的关系。

具体的，在另一个实施例中，应力控制条件下的煤岩渗透率的测定方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将粘贴有应变片的样品试块固定在夹持装置上，其中，应变片与应变采集仪连接；

步骤2、控制伺服加载装置对样品试块施加轴压和分段围压(即：第一围压、第二围压)至第一设定压力值；

步骤3、控制三通阀的出气阀门打开，同时开启真空泵对样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭三通阀的出气阀门；

步骤4、控制三通阀的进气阀门打开，并打开气体供应装置将实验气体注入到参考缸和夹持装置中，使得参考缸和夹持装置内的气体压力达到并维持在预设压力值；

步骤5、待参考缸中的气体压力值的变化满足第一预设条件，且通过应变采集仪得到的应变片的应变值的变化满足第二预设条件时，控制夹持装置的出气阀门打开，控制回压装置在第二设定压力值，并对通过样品试块的气体流量进行测量，以根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率；

需要说明的是，在该实施例中，第一预设条件为：气体压力值不再变化，表明参考缸中的气体达到吸附平衡状态；第二预设条件为：应变值的变化在一预设范围内，即：某一段时间内采集的多个应变值的变化在误差允许范围之内，可认为应变值维持稳定。

步骤6、控制伺服加载装置，调节轴压泵使得轴压至待测定的压力值，分别调节第一围压泵、第二围压泵使得第一围压、第二围压至待测定的压力值，然后执行步骤5；

需要说明的是，在该实施例中，调节对样品试块施加的第一围压和/或第二围压至各自的预设条件，具体是指：调节第一围压至待测定的压力值，调节第二围压至待测定的压力值。

步骤7、重复执行步骤5和步骤6直至完成设定的所有待测定的压力值的测量。

需要说明的是，本实施例中“根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率”的具体实现方法，可以采用上述应变控制条件下的煤岩渗透率的测定方法中的“根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率”的具体方法，为了描述的简洁，在此不再赘述。

具体的，在另一个实施例中，应力和应变混合控制条件下的煤岩渗透率的测定方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将粘贴有应变片的样品试块固定在夹持装置上，其中，应变片与应变采集仪连接；

步骤2、控制伺服加载装置对样品试块施加轴压和分段围压(即：第一围压、第二围压)至第一设定压力值；

步骤3、控制三通阀的出气阀门打开，同时开启真空泵对样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭三通阀的出气阀门；

步骤4、控制三通阀的进气阀门打开，并打开气体供应装置将实验气体注入到参考缸和夹持装置中，使得参考缸和夹持装置内的气体压力达到并维持在预设压力值；

步骤5、待参考缸中的气体压力值的变化满足第一预设条件，且通过应变采集仪得到的应变片的应变值的变化满足第二预设条件时，控制夹持装置的出气阀门打开，控制回压装置在设定压力值，并对通过样品试块的气体流量进行测量，以根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率；

步骤6、通过计算机终端控制伺服加载装置，调节轴压泵1使得轴压1至待测定的压力值，调节第一围压至待测定的压力值，通过控制第二围压泵调整对试块施加的第二围压，直到采集到第二径向应变至第二预设径向应变值，然后执行步骤5；

需要说明的是，在该实施例中，调节对样品试块施加的第一围压和/或第二围压至各自的预设条件，具体是指：调节第一围压至待测定的压力值，调节第二围压直到第二径向应变至第二预设径向应变值。

步骤7、重复执行步骤5和6直至完成所有设定应力和应变控制测点的气体流量的测量。

需要说明的是，本实施例中“根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率”的具体实现方法，可以采用上述应变控制条件下的煤岩渗透率的测定方法中的“根据气体流量和采集的样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率”的具体方法，为了描述的简洁，在此不再赘述。

综上，本发明实施例提供的一种煤岩渗透率的测定方法，在应力和/或应变控制条件下，监测煤岩样品的变形数据，通过调节施加在煤岩样品上的围压，可实现在实验室条件下，模拟煤岩在原始储层中的原位状态，更加准确的测定煤岩的渗透率，为煤炭和煤层气资源开采提供更加准确的储层渗透率数据。

应理解，在本发明各实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种煤岩渗透率的测定***，其特征在于，包括：恒温箱、伺服加载装置、气体压力传感器、应变采集仪、计算机终端、夹持装置、参考缸、流量测试装置、真空泵、气体供应装置和三通阀，以及回压装置，其中，

所述气体压力传感器、所述夹持装置、所述参考缸和所述流量测试装置，以及回压装置置于所述恒温箱内，所述伺服加载装置包括：轴压泵、第一围压泵和第二围压泵；

所述夹持装置，用于固定粘贴有应变片的样品试块，具有两个独立的围压腔体，第一腔体与所述第一围压泵相连，第二腔体与所述第二围压泵相连，所述夹持装置的一端与所述参考缸相连接，另一端通过所述回压装置与所述流量测试装置相连接；

所述应变采集仪与所述应变片连接，用于采集所述应变片的应变值并发送至所述计算机终端；

所述伺服加载装置，用于在对所述样品试块施加的所述轴压调节到待测压力值时，调节对所述样品试块施加的第一围压和/或第二围压；

所述三通阀，设置在所述气体供应装置和所述真空泵与所述参考缸连接的管路上，用于打开或者关闭所述管路；

所述真空泵，用于在所述气体供应装置和所述真空泵与所述参考缸连接的管路打开时，对所述样品试块进行抽真空处理；

所述气体供应装置，用于存储实验气体，并结合所述三通阀的打开或者关闭，实现向所述参考缸和所述夹持装置注入所述实验气体，或者停止所述实验气体的注入；

所述回压装置，用于控制所述夹持装置出气口的气体压力在设定压力值；

所述流量测试装置，用于在所述夹持装置的出气阀门打开时，采集单位时间内通过所述样品试块的气体流量，并将所述气体流量发送至所述计算机终端；

所述计算机终端，用于记录和显示所述应变采集仪采集的所述应变值和所述气体压力传感器采集的所述参考缸的气体压力值，并根据所述气体流量和所述样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率。

2.根据权利要求1所述的煤岩渗透率的测定***，其特征在于，所述真空泵具体用于，在所述三通阀的出气阀门打开时，对所述样品试块进行抽真空并达到设定的真空度；

所述三通阀具体用于，在所述真空泵对所述样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭所述出气阀门，同时打开其进气阀门以打开所述气体供应装置与所述参考缸的连接，将实验气体注入到所述参考缸和所述夹持装置中，使得参考缸和所述夹持装置内的气体压力达到并维持在预设压力值。

3.根据权利要求1所述的煤岩渗透率的测定***，其特征在于，所述样品试块上粘贴的应变片为2组，分别粘贴在所述样品试块的上部和下部，所述样品试块的形状与所述夹持装置相适配。

4.根据权利要求3所述的煤岩渗透率的测定***，其特征在于，所述样品试块的形状为圆柱形，所述应变片粘贴在圆柱形的所述样品试块的侧壁上部正中间和下部正中间位置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的煤岩渗透率的测定***，其特征在于，所述伺服加载装置具体用于，通过所述轴压泵调节对所述样品试块施加的轴压至所述待测定的压力值，通过所述第一围压泵和所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压和所述第二围压至所述待测定的压力值；

或者，通过所述第一围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压直到所述应变采集仪采集到的第一径向应变值至第一预设径向应变值，且通过所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第二围压直到所述应变采集仪采集到的第二径向应变值至第二预设径向应变值；

或者，通过所述第一围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压至待测定的压力值，通过所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第二围压直到所述应变采集仪采集到的径向应变值至所述第二预设径向应变值。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的煤岩渗透率的测定***，其特征在于，所述实验气体包括：氦气、氮气、二氧化碳和甲烷中的任一种气体。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的煤岩渗透率的测定***的煤岩渗透率的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将粘贴有应变片的样品试块固定在夹持装置上，其中，所述应变片与应变采集仪连接；

步骤2、控制伺服加载装置对所述样品试块施加的轴压、第一围压和第二围压均至第一设定压力值；

步骤3、控制三通阀的出气阀门打开，同时开启真空泵对所述样品试块进行抽真空达到设定的真空度后，关闭所述三通阀的出气阀门；

步骤4、控制所述三通阀的进气阀门打开，并打开气体供应装置将实验气体注入到参考缸和所述夹持装置中，使得参考缸和所述夹持装置内的气体压力达到并维持在预设压力值；

步骤5、待所述参考缸中的气体压力值的变化满足第一预设条件，且通过应变采集仪得到的所述应变片的应变值的变化满足第二预设条件时，控制所述夹持装置的出气阀门打开，控制所述回压装置的压力值至第二设定压力值，并对通过所述样品试块的气体流量进行测量，以根据所述气体流量和采集的所述样品试块进出口两端的气体压力值，计算煤岩的渗透率；

步骤6、通过所述计算机终端控制所述伺服加载装置对所述样品试块施加的轴压调节至待测定的压力值时，调节对所述样品试块施加的第一围压和/或第二围压至各自的预设条件，然后执行步骤5；

步骤7、重复执行步骤5和步骤6直至完成设定的所有待测定的压力值的测量。

8.一种基于权利要求7所述的煤岩渗透率的测定方法，其特征在于，步骤6具体为：

通过控制所述轴压泵调节对所述样品试块施加的轴压至所述待测定的压力值；

通过控制所述第一围压泵和所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压和所述第二围压均至所述待测定的压力值。

9.一种基于权利要求7所述的煤岩渗透率的测定方法，其特征在于，步骤6具体为：

通过控制所述轴压泵调节对所述样品试块施加的轴压至所述待测定的压力值；

通过控制所述第一围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压直到所述应变采集仪采集到的第一径向应变值至第一预设径向应变值；

通过控制所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第二围压直到所述应变采集仪采集到的第二径向应变值至第二预设径向应变值。

10.一种基于权利要求7所述的煤岩渗透率的测定方法，其特征在于，步骤6具体为：

通过控制所述轴压泵调节对所述样品试块施加的轴压至所述待测定的压力值；

通过控制所述第一围压泵调节对所述样品试块施加的所述第一围压至待测定的压力值；

通过控制所述第二围压泵调节对所述样品试块施加的所述第二围压直到所述应变采集仪采集到的径向应变值至所述第二预设径向应变值。

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