CN112630118B - 一种致密材料的气体渗透率测量装置和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种致密材料的气体渗透率测量装置和测量方法，包括：进气管路与气源装置连通；上游腔体通过进气管路与气源装置连通；下游腔体通过进气管路与气源装置连通；上游压力传感器与上游腔体连接，以测量上游腔体内的压力；下游压力传感器与下游腔体连接，以测量下游腔体内的压力；夹持器用于放置测试样品组件，并对测试样品组件提供径向密封，夹持器位于上游腔体和下游腔体之间，并分别与上游腔体和下游腔体连通；活塞摆机构包括第一活塞和第二活塞，第一活塞与上游腔体连接，第二活塞与下游腔体连接，第一活塞和第二活塞同步移动，以改变相应腔体内的体积，且上游腔体、夹持器和下游腔体的总体积保持不变。
Description
技术领域
本发明涉及材料气体渗透率测量技术领域，特别涉及一种致密材料的气体渗透率测量装置和测量方法。
背景技术
以致密气、煤层气和页岩气为代表的非常规天然气资源是当前世界各国天然气工业的重点勘探开发对象。气体渗透率(或扩散系数)是决定储层气体技术开采难度及天然气产率的关键参数。基于钻井取心获得的实际岩样进行渗透率(或扩散系数)的测量，是勘探流程中必不可少的环节。由于页岩或煤层均是致密的岩石储层，其气体渗透率数值极低，对这类材料的渗透率精确测量是当前的技术难点。此外，在储氢材料、催化剂、燃料电池电极、建筑材料等其他致密材料的分析、表征过程中也都涉及到材料气体渗透率和扩散系数的测量。
目前针对致密材料气体渗透率测量的一类主要方法是压力衰减法：将被测样品加工成圆柱柱塞，并对其圆柱面进行密封，在柱塞上、下游空腔中制造瞬时的压力差，随后测量、记录上下游压力的变化，最终通过分析上、下游腔体的压力变化曲线计算出样品柱塞的轴向渗透率。影响该方法测量精度的一个重要因素是样品的径向密封性。目前通常使用热缩管等材料包裹柱塞的圆柱面，加热后使热缩管内表面与样品的圆柱面紧密贴敷，随后将预处理过的样品放置在夹持器中，在径向施加液压。这类柱塞径向密封方法应用广泛，但热缩材料与样品外表面存在微小的环形缝隙，为气体从样品上游到下游的渗流提供了额外的旁通通道。而在目前的测量方法中，无法准确区分由密封环缝引起的压力变化，这使得对样品气体渗透率的测量结果偏高。此外，由于实验操作人员在预处理阶段采用的密封材料、密封工艺不同、样品表面质量水平不一，密封环缝对测试结果的影响也不稳定，这使得样品气体渗透率的测量结果具有较高的不确定性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种致密材料的气体渗透率测量装置和测量方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种致密材料的气体渗透率测量装置，所述气体渗透率测量装置包括：
气源装置，
进气管路，所述进气管路与所述气源装置连通；
上游腔体，所述上游腔体通过所述进气管路与所述气源装置连通；
下游腔体，所述下游腔体通过所述进气管路与所述气源装置连通；
上游压力传感器，所述上游压力传感器与所述上游腔体连接，以测量所述上游腔体内的压力；
下游压力传感器，所述下游压力传感器与所述下游腔体连接，以测量所述下游腔体内的压力；
夹持器，所述夹持器用于放置测试样品组件，并对所述测试样品组件提供径向密封，所述夹持器位于所述上游腔体和所述下游腔体之间，并分别与所述上游腔体和所述下游腔体连通；
活塞摆机构，所述活塞摆机构包括第一活塞和第二活塞，所述第一活塞与所述上游腔体连接，所述第二活塞与所述下游腔体连接，所述第一活塞和所述第二活塞同步移动，以相应改变所述上游腔体内体积和所述下游腔体内的体积，且所述上游腔体、所述夹持器和所述下游腔体的总体积保持不变；
出气管路，所述出气管路的一端与所述上游腔体或所述下游腔体连通；以及
真空泵，所述真空泵与所述出气管路的另一端连通。
进一步地，所述活塞摆机构还包括执行机构；
所述第一活塞和所述第二活塞分别各连接一个所述执行机构，两个所述执行机构同步驱动；或
所述活塞摆机构还包括刚性连接结构，所述刚性连接结构连接所述第一活塞和所述第二活塞；所述执行机构与所述刚性连接结构连接，以通过所述刚性连接结构驱动所述第一活塞和所述第二活塞同步移动。
进一步地，所述上游腔体和所述下游腔体的横截面形状相同，横截面的大小也相同。
进一步地，所述气体渗透率测量装置还包括：
进气阀，所述进气阀设置在所述进气管上；
排气阀，所述排气阀设置在所述排气管上；以及
隔离阀，所述隔离阀设置在所述进气管上，并位于所述上游腔体和所述下游腔体之间，以切断或连通所述上游腔体和所述下游腔体。
进一步地，所述气体渗透率测量装置还包括：围压装置，所述围压装置与所述夹持器连接，以加强对所述测试样品组件中测试样品的径向密封。
进一步地，所述气体渗透率测量装置还包括：恒温装置，所述恒温装置包括恒温腔，所述恒温腔能够至少容纳所述上游腔体、所述下游腔体和所述夹持器。
本发明实施例还提供了一种测量方法，利用上述任意一种气体渗透率测量装置进行测试，所述测量方法包括：
利用所述真空泵至少将所述上游腔体、所述下游腔体、所述夹持器、所述进气管路和所述出气管路内抽至真空；
利用所述气源装置增加所述上游腔体、所述下游腔体和所述夹持器内的压力至初始压力；
扰动所述第一活塞或所述第二活塞，改变所述上游腔体和所述下游腔体内的体积，并测量记录所述上游压力传感器随时间变化的第一压力变化结果，得到第一压力变化曲线，和所述下游压力传感器随时间变化的第二压力变化结构，得到第二压力变化曲线；
根据所述初始压力、所述第一压力变化曲线和所述第二压力变化曲线，判断测试样品的密封质量，并计算测试样品的渗透率。
进一步地，所述测量方法还包括：
重复至少一次下述步骤：
扰动所述第一活塞或所述第二活塞，再次改变所述上游腔体和所述下游腔体内的体积，并测量记录所述上游压力传感随时间变化的第一压力变化结果，得到第一压力变化曲线，和所述下游压力传感器随时间变化的第二压力变化结构，得到第二压力变化曲线；
根据所述初始压力、所述第一压力变化曲线和所述第二压力变化曲线，计算所述测试样品的渗透率；
并将重复所得的渗透率与之前所得的渗透率进行平均计算。
进一步地，计算所述测试样品的渗透率过程中，所述测量方法还包括：
根据所述测试样品内的压力分布、所述测试样品密封环缝内的压力分布，以及所述第一压力曲线和所述第二压力曲线，计算得出所述测试样品的渗透率。
进一步地，将所述第一压力变化曲线和所述第二压力变化曲线相交时的时间记为t′，相交时的压力记为p′，所述初始压力记为p0，在t′时刻，根据所述p0与所述p′的大小，以及密封环缝的体积和所述测试样品的孔隙体积，判断所述测试样品的密封质量。
本发明实施例提供了一种致密材料的气体渗透率测量装置和测量方法，通过在上游腔体和下游腔体中设置能够同步运动的活塞(即第一活塞和第二活塞)，以活塞摆荡的形式制造压力衰减所需的压力差。无需得知准确的样品孔隙度、视体积，即可断定***压力最终会回复至初始压力；进而能够通过上游腔体和下游腔体压力变化的情况，精确判定测试样品内部压力回复的状况，确定测试样品径向密封的质量，并为相关数学模型提供数据曲线，定量地消除密封环缝对渗流的贡献，降低了对测试品渗透率测量的不确定度。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例中气体渗透率测量装置的示意图；
图2为根据本发明一个实施例中柱塞样品和密封环缝示意图；
图3为根据本发明一个实施例的上游腔体的压力和下游腔体的压力随时间变化的曲线；
图4a为根据本发明一个实施例测试样品内部压力分布随时间变化的过程，其中示出的是活塞摆动时的变化过程；
图4b为根据本发明一个实施例测试样品内部压力分布随时间变化的过程，其中示出的是t′时刻的状态；
图4c为根据本发明一个实施例测试样品内部压力分布随时间变化的过程，其中示出的是压力回复至初始值的状态。
附图标记：
1-气源装置；2-进气阀；3-隔离阀，4-排气阀，5-围压装置，6-夹持器，7-活塞摆机构，8-执行机构，9-上游压力传感器，10-下游压力传感器，11-真空泵，12-恒温装置，13-上游腔体，131-第一活塞；14-下游腔体；141-第二活塞；15-进气管路；16-出气管路；110-热缩材料；样品120；密封环缝130。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。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。基于所描述的本发明的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，如有术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种致密材料的气体渗透率测量装置，气体渗透率测量装置包括气源装置1、进气管路15、上游腔体13、下游腔体14、上游压力传感器9、下游压力传感器10、夹持器6、活塞摆机构7、出气管路16和真空泵11。
具体地，如图1所示，进气管路15与气源装置1连通；上游腔体13通过进气管路15与气源装置1连通；下游腔体14通过进气管路15与气源装置1连通；上游压力传感器9与上游腔体13连接，以测量上游腔体13内的压力；下游压力传感器10与下游腔体14连接，以测量下游腔体14内的压力；夹持器6用于放置测试样品组件，并对测试样品组件提供径向密封，夹持器6位于上游腔体13和下游腔体14之间，并分别与上游腔体13和下游腔体14连通；活塞摆机构7包括第一活塞131和第二活塞141，第一活塞131与上游腔体13连接，第二活塞141与下游腔体14连接，第一活塞131和第二活塞141同步移动，以相应改变上游腔体13内体积和下游腔体14内的体积，且上游腔体13、夹持器6和下游腔体14的总体积保持不变；出气管路16的一端与上游腔体13或下游腔体14连通；真空泵11与出气管路16的另一端连通。
非限制地，如图2所示，本发明所述的测试样品组件包括柱塞状样品120和位于样品120外部的热缩材料110，热缩材料110和样品120之间存在密封环缝130。样品120可以是致密材料。
上述压力传感器分别用于记录相应上游腔体13或下游腔体14内的压力。
本发明实施例提出了一种活塞摆荡式的渗透率测量装置，通过在传统压力衰减***中的密闭式上游腔体13和下游腔体14中设置能够同步运动的活塞(即第一活塞131和第二活塞141)，以活塞摆荡的形式制造压力衰减所需的压力差。从而无需得知准确的样品120孔隙度、视体积，即可断定***压力最终会回复至初始压力；进而能够通过上游腔体13、下游腔体14压力变化的情况，精确判定样品120内部压力恢复的状况，确定样品120径向密封的质量，并为相关数学模型提供数据曲线，定量地消除密封环缝130对渗流的贡献，降低了对致密样品120渗透率测量的不确定度。
此外，本发明实施例的气体渗透率测量装置还能够允许测试人员反复驱动活塞摆机构7，方便地进行重复性实验，降低测试的随机误差；或通过调节活塞摆动机构的幅度，还可以制造不同初始压力差下的渗流过程，以研究样品120在不同工况下的渗流状况。
进一步地，活塞摆机构7还包括执行机构8。执行机构8用于驱动第一活塞131和第二活塞141的移动。可以理解的是，第一活塞131装配在上游腔体13内，并与上游腔体13的内表面妥善密封。第二活塞141和下游腔体14也同样设置。
执行机构8可以选用本领域技术人员熟知的动力源和传递机构。包括但不限于可以是气缸导轨、电机-丝杠导轨等。
在本发明的一些实施例中，第一活塞131和第二活塞141分别各连接一个执行机构8，两个执行机构8同步驱动。
或者，在本发明的另一些实施例中，气体渗透率测量装置只包括一个执行机构8，活塞摆机构7还包括刚性连接结构，刚性连接结构连接第一活塞131和第二活塞141；执行机构8与刚性连接结构连接，以通过刚性连接结构驱动第一活塞131和第二活塞141同步移动。刚性连接结构能够进一步保证第一活塞131和第二活塞141运动的同步性。具体地，刚性连接结构可以是刚性杆件等本领域技术人员熟知的。
在本发明的一些实施例中，上游腔体13和下游腔体14的横截面形状相同，横截面的大小也相同。
例如：上游腔体13和下游腔体14结构相同，上游腔体13和下游腔体14的横截面截面具有相同的形状和面积。第一活塞131和第二活塞141也选用相同的规格。
为了更好地对气体渗透率测量装置进行控制，在本发明的一些实施例中，气体渗透率测量装置还包括：进气阀2、排气阀4和隔离阀3。
如图1所示，进气阀2设置在进气管上；排气阀4设置在排气管上；隔离阀3设置在进气管上，并位于上游腔体13和下游腔体14之间，以切断或连通上游腔体13和下游腔体14。
在本发明的另一些实施例中，也可以不设置隔离阀3。
在本发明的一些实施例中，气体渗透率测量装置还可以包括：围压装置5，围压装置5与夹持器6连接，以加强对测试样品组件中测试样品120的径向密封。
如图1所示，围压装置5用于为夹持器6提供液体围压，增强柱塞样品120的径向密封性或模拟样品120实际所处的围压环境。
在本发明的另一些实施例中，气体渗透率测量装置还包括：恒温装置12，恒温装置12包括恒温腔，恒温腔能够至少容纳上游腔体13、下游腔体14和夹持器6。
当设置有上述进气阀2、排气阀4和隔离阀3时，上游腔体13、下游腔体14、夹持器6、进气阀2、排气阀4和隔离阀3均可以放置在恒温装置12内。设置恒温装置12和围压装置5能够进一步保证测量环境的稳定性，提高测试结果的准确性。
综上所述，本发明实施例的气体渗透率测量装置提出了活塞摆荡式致密材料气体渗透率测量装置，通过驱动同步运动的双活塞对***压力进行扰动，在原理上确保对任意被测试样品120，无需得知样品120的孔隙度和视体积，即可断言***的压力都会逐渐回复至初始压力，进而根据实际的压力变化曲线，清晰地确定了夹持器6内热缩材料110和样品120形成的密封环缝130的泄露水平，为精确计算样品120的渗透率提供了测试数据。
本发明实施例还提供了一种测量方法，利用上述任意实施例所述的气体渗透率测量装置进行测试，测量方法包括以下步骤：
S10、利用真空泵11至少将上游腔体13、下游腔体14、夹持器6、进气管路15和出气管路16内抽至真空；
S20、利用气源装置1增加上游腔体13、下游腔体14和夹持器6内的压力至初始压力；
扰动第一活塞131或第二活塞141，改变上游腔体13和下游腔体14内的体积，并测量记录上游压力传感器随时间变化的第一压力变化结果，得到第一压力变化曲线，和下游压力传感器10随时间变化的第二压力变化结构，得到第二压力变化曲线；
S30、根据初始压力、第一压力变化曲线和第二压力变化曲线，判断测试样品120的密封质量，并计算测试样品120的渗透率。
进一步地，测量方法还包括：
重复至少一次步骤S20至步骤S30，并将重复所得的渗透率与之前所得的渗透率进行平均计算。
多次测试，并将各次计算得的结果进行平均计算能够降低随机误差，提高测量精度。
可选地，计算测试样品120的渗透率过程中，测量方法还包括：
根据测试样品120内的压力分布、测试样品120密封环缝130内的压力分布，以及第一压力曲线和第二压力曲线，计算得出测试样品120的渗透率。
进一步地，将第一压力变化曲线和第二压力变化曲线相交时的时间记为t′[s]，相交时的压力记为p′[MPa]，初始压力记为p0[MPa]，在t′时刻，根据p0与p′的大小，以及密封环缝130的体积和测试样品120的孔隙体积，判断测试样品120的密封质量。
上述具体计算方法，和判断测试样品120的密封质量的方法具体参考以下具体示例。
下面以一具体示例进一步解释说明本发明气体渗透率的测量方法，
先利用真空泵11将***整体抽至真空；然后利用高压气源装置1将上游腔体13，下游腔体14和夹持器6的压力增加至p0；
使进气阀2，隔离阀3和排气阀4均处在关闭状态，使上游压力传感器9和下游压力传感器10处于记录状态，驱动第一活塞131摆发生位移，使上游腔体13体积减小ΔV[单位m3]，下游腔体14体积同步地增加ΔV。体积变化量ΔV由上游腔体13和下游腔体14的截面积和活塞摆机构7的运动位移相乘计算。
上游压力传感器9和下游压力传感器10的测量结果，即上游腔体13和下游腔体14的压力变化曲线分别记为pA(t)和pB(t)。记录压力变化曲线pA(t)和pB(t)直至上游腔体13和下游腔体14的压力重新变为p0。根据压力变化曲线按照以下方法进行计算，以获得所述致密材料的气体渗透率：
记pA(t)和pB(t)两条曲线的初始压力为pA0和pB0，两条曲线相交时的时间为t′[单位s]，压力为p′[MPa]。记致密材料的截面积为A[单位m2]，长度为l[单位m]，渗透率为k[单位m2]，孔隙度为ε[单位1]，测试气体的密度为ρ[单位kg/m3]，粘性为μ[单位Pa·s]，压缩因子为Z[单位1]，等温压缩系数为cg[单位Pa-1]；记柱塞样品120周围的密封环缝130的渗透率为ksl[单位m2]，孔隙度为εsl[单位1]，截面积为Asl[单位m2]。致密样品120、密封环缝130在夹持器6中的空间位置如图2所示。
在0-t′时间段内，样品120内的压力分布p(x，t)(如图3所示)，密封环缝130内的压力分布psl(x，t)，压力曲线pA(t)和pB(t)(如图4a至4c所示)满足以下微分方程组I：
边界条件：
初始条件：
p(x，0)＝psl(x，0)＝p0，0＜x＜l
p(0，0)＝psl(0，0)＝pA(0)，p(l，0)＝psl(l，0)＝pB(0)
在t′时刻，上游腔体13和下游腔体14压力同时为p′，若p′仍大于p0，表明样品120或密封环缝130二者之一的内部压力尚未平衡，若密封环缝130的体积远小于样品120孔隙体积，可以判定样品120内压力尚未平衡。压力曲线pA(t)和pB(t)合并为一条曲线(如图3)，此时样品120内的压力分布p(x，t)，压力曲线pA(t)和pB(t)满足以下微分方程组II：
边界条件：
p(0，t′)＝p(l，t′)＝pA(t′) (8)
在t′时刻，若压力p′与p0相等或相互偏差在5％以内，非常接近，且密封环缝130的体积远小于样品120孔隙体积，则可以认为对样品120的径向密封是妥当的，可认为式(1)-(4)中的密封环缝130渗透率ksl为0。
在式(1)-(8)中，未知参数包括k，
Aslksl三个。结合优化算法和偏微分方程数值解法，可以拟合确定三个未知参数，进而确定致密样品120的气体渗透率k。
可选的，在装置内部压力回复至初始压力p0后，可驱动活塞摆回摆至初始位置，重新记录上游腔体13和下游腔体14的压力变化曲线，即可再次获得新的压力曲线pA(t)和pB(t)。可选的，再次利用所述的渗透率计算方法拟合获得渗透率k，与第一次测量结果进行平均，降低随机误差。
根据本发明实施例的气体渗透装置的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种致密材料的气体渗透率测量装置，其特征在于，所述气体渗透率测量装置包括：
气源装置，
进气管路，所述进气管路与所述气源装置连通；
上游腔体，所述上游腔体通过所述进气管路与所述气源装置连通；
下游腔体，所述下游腔体通过所述进气管路与所述气源装置连通；
上游压力传感器，所述上游压力传感器与所述上游腔体连接，以测量所述上游腔体内的压力；
下游压力传感器，所述下游压力传感器与所述下游腔体连接，以测量所述下游腔体内的压力；
夹持器，所述夹持器用于放置测试样品组件，并对所述测试样品组件提供径向密封，所述夹持器位于所述上游腔体和所述下游腔体之间，并分别与所述上游腔体和所述下游腔体连通；
活塞摆机构，所述活塞摆机构包括第一活塞和第二活塞，所述第一活塞与所述上游腔体连接，所述第二活塞与所述下游腔体连接，所述第一活塞和所述第二活塞同步移动，以相应改变所述上游腔体内体积和所述下游腔体内的体积，且所述上游腔体、所述夹持器和所述下游腔体的总体积保持不变；
出气管路，所述出气管路的一端与所述上游腔体或所述下游腔体连通；以及
真空泵，所述真空泵与所述出气管路的另一端连通。
2.根据权利要求1所述的气体渗透率测量装置，其特征在于，所述活塞摆机构还包括执行机构；
所述第一活塞和所述第二活塞分别各连接一个所述执行机构，两个所述执行机构同步驱动；或
所述活塞摆机构还包括刚性连接结构，所述刚性连接结构连接所述第一活塞和所述第二活塞；所述执行机构与所述刚性连接结构连接，以通过所述刚性连接结构驱动所述第一活塞和所述第二活塞同步移动。
3.根据权利要求1所述的气体渗透率测量装置，其特征在于，所述上游腔体和所述下游腔体的横截面形状相同，横截面的大小也相同。
4.根据权利要求1所述的气体渗透率测量装置，其特征在于，所述气体渗透率测量装置还包括：
进气阀，所述进气阀设置在所述进气管上；
排气阀，所述排气阀设置在排气管上；以及
隔离阀，所述隔离阀设置在所述进气管上，并位于所述上游腔体和所述下游腔体之间，以切断或连通所述上游腔体和所述下游腔体。
5.根据权利要求1所述的气体渗透率测量装置，其特征在于，所述气体渗透率测量装置还包括：围压装置，所述围压装置与所述夹持器连接，以加强对所述测试样品组件中测试样品的径向密封。
6.根据权利要求1所述的气体渗透率测量装置，其特征在于，所述气体渗透率测量装置还包括：恒温装置，所述恒温装置包括恒温腔，所述恒温腔能够至少容纳所述上游腔体、所述下游腔体和所述夹持器。
7.一种测量方法，其特征在于，利用权利要求1至6任一项所述的气体渗透率测量装置进行测量，所述测量方法包括：
利用所述真空泵至少将所述上游腔体、所述下游腔体、所述夹持器、所述进气管路和所述出气管路内抽至真空；
利用所述气源装置增加所述上游腔体、所述下游腔体和所述夹持器内的压力至初始压力；
扰动所述第一活塞或所述第二活塞，改变所述上游腔体和所述下游腔体内的体积，并测量记录所述上游压力传感器随时间变化的第一压力变化结果，得到第一压力变化曲线，和所述下游压力传感器随时间变化的第二压力变化结构，得到第二压力变化曲线；
根据所述初始压力、所述第一压力变化曲线和所述第二压力变化曲线，判断测试样品的密封质量，并计算测试样品的渗透率。
8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：
重复至少一次下述步骤：
扰动所述第一活塞或所述第二活塞，再次改变所述上游腔体和所述下游腔体内的体积，并测量记录所述上游压力传感器随时间变化的第一压力变化结果，得到第一压力变化曲线，和所述下游压力传感器随时间变化的第二压力变化结构，得到第二压力变化曲线；
根据所述初始压力、所述第一压力变化曲线和所述第二压力变化曲线，计算所述测试样品的渗透率；
并将重复所得的渗透率与之前所得的渗透率进行平均计算。
9.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，计算所述测试样品的渗透率过程中，所述测量方法还包括：
根据所述测试样品内的压力分布、所述测试样品密封环缝内的压力分布，以及所述第一压力变化曲线和所述第二压力变化曲线，计算得出所述测试样品的渗透率。
10.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，将所述第一压力变化曲线和所述第二压力变化曲线相交时的时间记为t′，相交时的压力记为p′，所述初始压力记为p0，在t′时刻，根据所述p0与所述p′的大小，以及密封环缝的体积和所述测试样品的孔隙体积，判断所述测试样品的密封质量。
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| US10845292B2 (en) * | 2017-06-19 | 2020-11-24 | Saudi Arabian Oil Company | Method for correcting low permeability laboratory measurements for leaks |
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