一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的测试方法，包括将煤样加工为立方体样品；对样品中裂缝进行刻画，明确样品裂缝分布规律；测量样品上X、Y、Z方向应变演化；对样品设定温度压力条件得到样品不同方向应变演化全过程曲线；取出样品做防气体进入处理后并对样品开展基质弹性模型K

【技术实现步骤摘要】
一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的测试方法


[0001]本专利技术涉及双重孔隙系统实中测量Biot系数领域，具体涉及一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的测试方法。

技术介绍

[0002]煤作为典型的双重孔隙介质，由多孔基质和周围的裂缝组成。裂缝系统被认为是主要的渗流通道，而基质系统则被认为是多孔系气体储存空间。现有的Biot系数的测试方法主要是针对煤样整体进行测量的，主要是通过研究不同应力、套封条件下的：样品整体变形规律、渗透率变化规律来进行测试分析。
[0003]而煤是双重孔隙/渗透率系统，通常假设达西流是裂缝系统中流动的结果，煤基质中流体运移对达西流的贡献可以近似忽略不计。因此，煤层的渗透率是其裂缝系统的函数，无法通过渗透率测试反应基质系统内的变化。同时，在压应力状态下裂缝和基质均会产生变形，无法通过测量整体变形量进行完全区分；而且由于裂缝系统压缩性更强，实验测得的变形量受裂缝系统影响较大。
[0004]因此，在双重孔隙系统中，现阶段实验测量Biot系数的测试方法主要可以实现对裂缝系统Biot系数的测量，尚无法准确测量出基质系统Biot系数。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的测试方法，其可以实现观测双重孔隙系统中难以测量基质系统弹性模量K
m
以及基质系统Biot系数α
m
的目标。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：r/>[0007]本专利技术提供一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的测试方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、将煤样加工为立方体样品，其中样品的上下表面平行于煤样层理面，其余四个垂直表面垂直于煤样层理面；
[0009]步骤S2、对样品中裂缝进行刻画，明确样品裂缝分布规律；
[0010]步骤S3、选取样品的上表面，布置若干应变片测量水平方向X、水平方向Y上的应变演化，选取相邻的一个侧面布置应变片测量垂直方向Z上的应变演化；
[0011]步骤S4、将整个样品放入加压装置中，对样品施加设定的压力以及温度，并实时监测各个应变片的数据；
[0012]步骤S5、加压装置内温度稳定后，以1MPa/N1秒的速率将压力逐渐增加至1.0MPa，然后保持恒定在1.0MPa压力M小时至测得的应变稳定，即基质变形达到平衡状态，获取1MPa条件下样品应变演化曲线，取曲线中的最低点应变值为Δε1，取曲线平衡阶段应变值为Δε2；
[0013][0014][0015]其中：α
m
为基质系统Biot系数；K
m
为基质系统弹性模量；γ
f
为裂缝系统Biot系数；t为时间；p1为施加的气体压力；为施加在样品上的应力；
[0016]步骤S6、随后以1MPa/N1秒的速率将压力由1MPa增加至2MPa，然后保持恒定在2.0MPa的压力M小时，依次类推，将压力逐渐增大至6MPa，最终获取1
‑
6MPa条件下的样品不同方向应变演化全过程曲线；
[0017]步骤S7、在上述步骤完成后，缓慢降低加压装置内的压力至大气压力；
[0018]步骤S8、将样品从加压装置中取出，在样品表面均匀涂抹一层硅橡胶，以保护应变片，随后在硅橡胶涂层上覆盖一层环氧树脂胶，以防止气体进入样品内；
[0019]步骤S9、将完全覆盖环氧树脂的样品重新装入加压装置中，开展基质弹性模型K
m
测试，获取不同应力条件下基质内气压为0MPa时的基质应变值Δε3；
[0020][0021]其中Δε3为基质内气压为0MPa的条件下测得的基质应变值；
[0022]步骤S10、联立上述(1.1)
‑
(1.3)求解出基质系统弹性模量K
m
、裂缝系统Biot系数γf、基质系统Biot系数α
m
。
[0023]步骤S11、分别在水平方向X、水平方向Y、垂直方向Z对应的压力点上得出一组相应的Δε1、Δε2、以及Δε3，据此计算出不同方向、不同应力条件下的基质系统弹性模量K
m
、裂缝系统Biot系数γ
f
、基质系统Biot系数α
m
。
[0024]优选地，步骤2中通过X射线CT成像对型煤样品中裂缝进行刻画。
[0025]优选地，步骤S5中时间M根据不同样品达到变形平衡所需的时间进行选定。
[0026]本专利技术还提供一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的装置，包括放置在恒温室内的耐压罐，所述耐压罐内部用于放置试样并作密封处理；
[0027]所述耐压罐通过管路连通氦气罐，所述管路靠近耐压罐处设有用于检测其内部气体压力的压力传感器；
[0028]所述氦气罐出口的管路上还依次设有减压阀和电子气压控制阀；
[0029]所述恒温室内设有温度传感器，所述试样上设置的应变片与外部应变采集仪电性连接；
[0030]所述压力传感器、温度传感器以及应变采集仪分别电性连接外部处理器。
[0031]本专利技术的有益效果在于：现有的Biot系数的测试方法主要是针对煤样整体进行测量的，主要是通过研究不同应力、套封条件下的样品整体变形规律、渗透率变化规律来进行测试分析。而煤是双重孔隙/渗透率系统，通常假设达西流是裂缝系统中流动的结果，煤基质中流体运移对达西流的贡献可以近似忽略不计。因此，煤层的渗透率是其裂缝系统的函数，无法通过渗透率测试反应基质系统内的变化。同时，在压应力状态下裂缝和基质均会产生变形，无法通过测量整体变形量进行完全区分；而且由于裂缝系统压缩性更强，实验测得
的变形量受裂缝系统影响较大。因此，在双重孔隙系统中，现阶段实验测量Biot系数的测试方法主要可以实现对裂缝系统Biot系数的测量，尚无法准确测量出基质系统Biot系数。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。
[0033]图1为本专利技术实施例提供的试样放置应变片的示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例提供的一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的装置连接示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例提供的1MPa条件下应变演化曲线；
[0036]图4为本专利技术实施例提供的1
‑
6MPa条件下的整体应变演化曲线；
[0037]图5为本专利技术实施例提供的基质系统弹性模量Km测试流程中应变值
‑
时间曲线图。
[0038]附图标记说明：
[0039]1、X方向应变片；2、Y方向应变片；3、Z方向应变片；4、水平方向X；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量双重孔隙煤岩基质系统Biot系数的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、将煤样加工为立方体样品，其中样品的上下表面平行于煤样层理面，其余四个侧面垂直于煤样层理面；步骤S2、对样品中裂缝进行刻画，明确样品裂缝分布规律；步骤S3、选取样品的上表面，布置若干应变片测量水平方向X、水平方向Y上的应变演化，选取相邻的一个侧面布置应变片测量垂直方向Z上的应变演化；步骤S4、将整个样品放入加压装置中，对样品施加设定的压力以及温度，并实时监测各个应变片的数据；步骤S5、加压装置内温度稳定后，以1MPa/N1秒的速率将压力逐渐增加至1.0MPa，然后保持恒定在1.0MPa压力M小时至测得的应变稳定，即基质变形达到平衡状态，获取1MPa条件下样品应变演化曲线，取曲线中的最低点应变值为Δε1，取曲线平衡阶段应变值为Δε2；；其中：α
m
为基质系统Biot系数；K
m
为基质系统弹性模量；γ
f
为裂缝系统Biot系数；t为时间；p1为施加的气体压力；为施加在样品上的应力；步骤S6、随后以1MPa/N1秒的速率将压力由1MPa增加至2MPa，然后保持恒定在2.0MPa的压力M小时，依次类推，将压力逐渐增大至6MPa，最终获取1
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6MPa条件下的样品不同方向应变演化全过程曲线；步骤S7、在上述步骤完成后，缓慢降低加压装置内的压力至大气压力；步骤S8、将样品从加压装置中取出，在样品表面均匀涂抹一层硅橡胶，以保护应变片，随后在硅橡胶涂层上覆盖一层环氧树脂胶，以防止气体进入样品内；步骤S9、将完全覆盖环氧树脂的样品重...

【专利技术属性】
技术研发人员：申建，史锐，王小明，刘紫璇，邵奎宇，桑国蕴，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：