一種圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置制造方法
【專利摘要】一種圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，屬于巖石工程和非常規天然氣工程領域，所述的測試裝置包括三軸壓力室、軸壓控制系統、圍壓控制系統、上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統、恒溫系統和數據控制采集系統。應用本實用新型測試裝置能將游離態氣體和吸附態氣體引起的含氣頁巖膨脹應變分離開，實現了真實吸附應變的準確測定。為吸附測試提供偏應力和恒溫環境，使所測得的膨脹變形更為準確、更符合工程實際。
【專利說明】一種圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于巖石工程和非常規天然氣工程領域，特別涉及一種圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置。

【背景技術】
[0002]頁巖氣是產生、賦存于致密、富含有機質頁巖中的非常規天然氣，中國頁巖氣儲量大于常規天然氣，是未來重要的補充能源之一。常規天然氣儲層多為孔隙、裂隙發育的砂巖儲層，甲烷分子在其中的賦存狀態主要為游離態。含氣頁巖中25%?60%的甲烷分子以游離態賦存于含氣頁巖無機基質的粒間孔隙以及自然裂隙中，40%?75%的甲烷分子以吸附態賦存于干酪根和粘土顆粒等有機質的表面。
[0003]游離態甲烷和吸附態甲烷都會引起含氣頁巖的膨脹變形，但是對頁巖滲透率的影響卻全然不同。甲烷氣體生成后，游離態甲烷分子在有機質中擴散、在無機質的粒間孔隙和微裂隙中運移形成孔隙壓力，使得孔隙、裂隙張開，滲透率增加。吸附態甲烷分子吸附在干酪根和粘土顆粒等有機質表面，會使得頁巖固體骨架膨脹變形，固體骨架膨脹之間的孔隙、微裂隙閉合，其滲透性能降低。含氣頁巖吸附變形是表征頁巖吸附甲烷、進行含氣頁巖滲透率演化、開采機理和流固耦合基礎理論研究的重要參數，也是進行含氣頁巖數值模擬研究所需要的基礎數據。
[0004]含氣頁巖儲層多具有低壓、欠飽和的特點，氣體難以解吸出來，必須采取增產措施才可以保證頁巖氣井具有商業化的可觀產量。含氣頁巖對不同氣體的吸附能力不同，其吸附二氧化碳的能力大于甲烷。利用二氧化碳的競爭吸附作用不僅可以置換甲烷分子提高頁巖氣產量，而且可以將溫室氣體二氧化碳儲存在頁巖層中。因此，二氧化碳驅替甲烷成為一項日益重要的增產技術。但是，由于對含氣頁巖吸附二氧化碳的相關基礎理論研究還十分匱乏，二氧化碳驅替含氣頁巖甲烷技術目前仍未能在生產實踐中得以運用。含氣頁巖吸附二氧化碳后，同樣會引起頁巖固體顆粒的膨脹變形，進而引起滲透率的變化，影響二氧化碳的注入速度和注入壓力。因此，含氣頁巖吸附二氧化碳引起的變形是目前迫切需要準確測試的內容之一，也是增產方案設計的基礎參數。
[0005]中國含氣頁巖儲層經歷了復雜的地質改造，處于復雜的地應力環境中，其吸附氣體后的真實膨脹變形是在地應力和儲層內部氣體壓力共同作用下的結果。中國含氣頁巖儲層多深埋于千米以下，含氣頁巖儲層以及其中的甲烷分子均處于較高的溫度環境中。高溫環境下，含氣頁巖骨架膨脹，儲存于其中的甲烷分子活躍，含氣頁巖吸附性能與低溫環境有所不同，進而引起吸附膨脹變形也有所差異。綜上，如何準確測定符合工程實際的含氣頁巖吸附變形，成為頁巖氣開發所面臨的關鍵問題之一。
[0006]由于含氣頁巖沉積形成時礦物顆粒的擇優取向以及所承受的復雜地應力，使得其具有非均質、各向異性的特點，注入氣體引起含氣頁巖不同位置的變形并不相同，要獲得準確的含氣頁巖變形，必須同時對含氣頁巖不同部位的變形進行監測。
[0007]目前，有關含氣頁巖膨脹變形的測試方法尚未見報道，已有的吸附膨脹變形測試方法多集中于煤吸附膨脹變形方面。已有的膨脹變形測試方法具有以下幾點問題:(I)所提供的應力環境為靜水壓力的測試環境，而含氣頁巖儲層所承受的上覆巖層壓力和構造應力并不相同，測試環境應為偏應力環境；(2)所提供的恒定溫度環境只針對試樣加溫，并沒有為注入氣體提供相應的恒溫環境；(3)將甲烷或者二氧化碳等吸附氣體注入試樣孔隙后，直接測試試樣的變形。這種測試方法下所測得的膨脹變形，既包含了游離態氣體引起的膨脹變形，也包含了吸附態氣體引起的膨脹變形。對于致密、低滲含氣頁巖而言，直接采用這種測試方法會導致所測得的含氣頁巖吸附膨脹變形偏大，直接影響滲透率的動態預測，進而導致含氣頁巖商業開發和增產措施的設計出現偏差。
[0008]現有的膨脹變形多采用應變片進行測量，在加載圍壓偏壓的測試條件下，這種測試方法極易因應變片導線引起液壓油泄露進試樣，導致測試失敗。采用位移傳感器測試膨脹變形則可以很好的解決液壓油泄露問題，但是吸附測試中，試樣和液壓油之間采用熱塑套密封，環向傳感器固定在熱塑套外部，在一定的圍壓、軸壓、注氣壓力下，氣體可能通入試樣和熱塑管之間以及試樣和墊片之間，對環向變形和軸向變形的測量帶來誤差。現有的膨脹變形測試方法中尚未對測試條件下該部分氣體引起的膨脹變形測試誤差進行標定和評估。


【發明內容】

[0009]針對現有測試方法存在的不足，本實用新型提供了一種圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置。
[0010]本實用新型圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，包括三軸壓力室、軸壓控制系統、圍壓控制系統、上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統、恒溫系統和數據控制采集系統；
[0011]三軸壓力室包括軸壓室、圍壓室、多孔墊片、軸向位移傳感器、上部環向位移傳感器、中部環向位移傳感器、下部環向位移傳感器和試樣加溫裝置；軸壓室設置在圍壓室之上，試樣的上下兩端分別放置多孔墊片；軸向位移傳感器豎直設置在圍壓室底部，分立兩偵牝軸向位移傳感器上端與試樣上部的圍壓室的壓頭固定連接，上部環向位移傳感器環繞在試樣上部，中部環向位移傳感器環繞在試樣中部，下部環向位移傳感器環繞在試樣下部；試樣加溫裝置設置在圍壓室內；
[0012]軸壓控制系統與三軸壓力室的軸壓室相連通；
[0013]圍壓控制系統與三軸壓力室的圍壓室相連通；
[0014]上端氣體注入系統，包括第一高壓注氣泵，上端氣體注入系統通過三軸壓力室圍壓室底部穿孔與試樣上部相對應；
[0015]下端氣體注入系統，包括第二高壓注氣泵，下端氣體注入系統通過三軸壓力室圍壓室底部穿孔與試樣下部相對應；
[0016]抽真空系統，分別與上端氣體注入系統及下端氣體注入系統的相連通；
[0017]恒溫系統，分別與上端氣體注入系統的第一高壓注氣泵及下端氣體注入系統的第二高壓注氣泵相連接；
[0018]數據控制采集系統，與三軸壓力室的數據控制端、軸壓控制系統的數據控制端、圍壓控制系統的數據控制端、上端氣體注入系統的數據控制端和下端氣體注入系統的數據控制端相連接。
[0019]其中:
[0020]上端氣體注入系統包括高壓注氣泵、減壓閥、高壓氣瓶和截止閥；高壓氣瓶與減壓閥的一端相連通，減壓閥的另一端與高壓注氣泵的一端相通，高壓注氣泵的另一端與三軸壓力室的試樣上部通過圍壓室底部穿孔相連通；在高壓氣瓶與高壓注氣泵之間及高壓注氣泵與三軸壓力室的試樣之間均設置有截止閥。
[0021]下端氣體注入系統包括高壓注氣泵、減壓閥、高壓氣瓶和截止閥；高壓氣瓶與減壓閥的一端相連通，減壓閥的另一端與高壓注氣泵的一端相通，高壓注氣泵的另一端與三軸壓力室的試樣下部通過圍壓室底部穿孔相連通；在高壓氣瓶與高壓注氣泵之間及高壓注氣泵與三軸壓力室的試樣之間均設置有截止閥。
[0022]三軸壓力室試樣加溫裝置包括試樣表面溫度傳感器、測油溫傳感器、加熱線圈；試樣表面溫度傳感器緊貼試樣放置，測油溫傳感器豎直放置于圍壓室底部，加熱線圈緊貼圍壓室的側壁放置；
[0023]上述軸壓控制系統、圍壓控制系統、上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統、恒溫系統和數據控制采集系統的管路采用不銹鋼耐壓管線；上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統和恒溫系統中的不銹鋼耐壓管線外部包裹保溫夾套；上端氣體注入系統和下端氣體注入系統中的第一高壓注氣泵和第二高壓注氣泵外部包裹保溫夾套。
[0024]軸壓控制系統和圍壓控制系統中均設置壓力傳感器，壓力傳感器數據輸出端與數據控制采集系統相連接。
[0025]本實用新型的裝置具有以下優點和積極效果:
[0026](I)、標定出測試條件下試樣與墊片之間、試樣與熱塑管之間是否存在氣體，同時標定出試樣與墊片之間、試樣與熱塑管之間氣體引起吸附應變測試的誤差值。
[0027](2)、將游離態氣體和吸附態氣體引起的含氣頁巖膨脹應變分離開，實現了真實吸附應變的準確測定。
[0028](3)、為含氣頁巖試樣和注入氣體提供高精度的恒溫環境，有效控制了溫度引起的吸附應變測試誤差和氣體壓力波動，確保了測試結果的準確性。恒溫后，溫度的波動誤差控制在±0.1 °C以內，氣體注入壓力的誤差可控制在0.5 %以內，獲取的測試結果更為準確。
[0029](4)、為吸附測試提供偏應力環境，使所測得的膨脹變形更為準確、更符合工程實際。
[0030](5)、利用位移傳感器解決了圍壓油易泄露進試樣的問題，且將傳感器布置在試樣上、中、下三個部位，同時測定不同部位含氣頁巖試樣的膨脹變形,將三個部位測試數據的平均值作為最終的膨脹變形，所得測試結果更為合理和準確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本實用新型圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖的吸附變形測試裝置的結構示意圖；
[0032]其中:1、軸壓泵；2、第一壓力傳感器；3、控油系統；4、圍壓泵；5、第二壓力傳感器；6、真空泵；7、第一高壓注氣泵；8、低溫槽；9、高壓氣瓶；10、第二高壓注氣泵；V1、第一截止閥；V2、第二截止閥；V3、第三截止閥；V4、第四截止閥；V5、第五截止閥；V6、第六截止閥；V7、第七截止閥；V8、第八截止閥；V9、第九截止閥；V10、第十截止閥；V11、第i^一截止閥；V12、第十二截止閥；R1、第一穩壓閥；R2、第二穩壓閥；R3、第一減壓閥；T1、第一三通；Τ2、第二三通；Τ3、第三三通；Τ4、第四三通；Τ5、第五三通；Τ6、第六三通；Τ7、第七三通；Τ8、第八三通；Τ9、第九三通；
[0033]圖2為本實用新型圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖的吸附變形測試裝置的三軸壓力室結構示意圖；
[0034]其中:11、軸壓室；12、自平衡活塞；13、球頭；14、加熱線圈；15、上部環向位移傳感器；16、中部環向位移傳感器；17、下部環向位移傳感器；18、第一測油溫傳感器；19、第二測油溫傳感器；20、圍壓室；21、多孔墊片；22、軸向位移傳感器；23、試樣表面溫度傳感器；24、下部承壓臺；25、壓頭。

【具體實施方式】
[0035]如圖1所示，本實用新型圍壓偏壓恒溫下含氣頁巖吸附變形測試裝置，包括三軸壓力室、軸壓控制系統、圍壓控制系統、上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統、恒溫系統和數據控制采集系統。
[0036]三軸壓力室具體如圖2所示，包括軸壓室11、圍壓室20、自平衡活塞12、球頭13、軸向位移傳感器22、上部環向位移傳感器15、中部環向位移傳感器16、下部環向位移傳感器17、上下兩組多孔墊片21、壓頭25、下部承壓臺24 ;軸壓室11設置在圍壓室20之上，之間通過自平衡活塞12連接，自平衡活塞12延伸到圍壓室20內的一端連接上球頭13，壓頭25與球頭13緊密連接，并位于球頭13正下方；圍壓室20底部設有下部承壓臺24，用于承載試樣，試樣的上下兩端分別放置多孔墊片21 ;軸向位傳感器22豎直設置在下部承壓臺24的上面，分立兩側，軸向位移傳感器上部通過墊塊固定于圍壓室壓頭上，上部環向位移傳感器15環繞在試樣上部，中部環向位移傳感器16環繞在試樣中部，下部環向位移傳感器17環繞在試樣下部；試樣加溫系統，設置在三軸壓力室圍壓室20內，包括試樣表面溫度傳感器23、第一測油溫傳感器18、第二測油溫傳感器19和加熱線圈14，試樣表面溫度傳感器23緊貼試樣放置，第一測油溫傳感器18和第二測油溫傳感器19豎直放置于下部承壓臺的之上，對立兩側設置，加熱線圈14緊貼圍壓室的側壁放置；
[0037]軸壓控制系統包括軸壓泵1、第一截止閥V1、第一壓力傳感器2、第一三通Tl、第二截止閥V2、第二三通Τ2、控油系統3、第一穩壓閥Rl ;軸壓泵I與第一截止閥Vl的一端相連通，第一截止閥Vl的另一端與第一三通Tl的第一出油端相連通，第一三通Tl的第二出油端與第一穩壓閥Rl的一端相連通，第一穩壓閥Rl的另一端與三軸壓力室的軸壓室11相連通，第一三通Tl的進油端和第二截止閥V2的一端相連通，第二截止閥V2的另一端與第二三通Τ2的第一出油端相連通，第二三通Τ2的進油端與控油系統3相連通，第一截止閥Vl與第一三通Tl之間設置第一壓力傳感器2。
[0038]圍壓控制系統包括圍壓泵4、第三截止閥V3、第二壓力傳感器5、第三三通Τ3、第四截止閥V4、第二穩壓閥R2 ;圍壓泵4與第三截止閥V3的一端相連通，第三截止閥V3的另一端與第三三通Τ3的第一出油端相連通，第三三通Τ3的第二出油端與第二穩壓閥R2的一端相連通，第二穩壓閥R2的另一端與三軸壓力室中的圍壓室20相連通，第三三通Τ3的進油端與第四截止閥V4的一端相連通，第四截止閥V4的另一端與軸壓控制系統中的第二三通T2的第二出油端相連通，第三截止閥V3與第三三通T3之間設置第二壓力傳感器5。
[0039]上端氣體注入系統包括第五截止閥V5、第四三通T4、第一高壓注氣泵7、第六截止閥V6、第六三通T6、第一減壓閥R3、高壓氣瓶9。第一高壓氣瓶9與第一減壓閥R3的一端相連通，第一穩減壓閥R3的另一端與第六三通T6的進氣口相連通，第六三通T6的第一出氣口與第六截止閥V6的一端相連通，第六截止閥V6的另一端與第一高壓注氣泵7的進氣端相連通，第一高壓注氣泵7的出氣端與第四三通T4的進氣端相連通，第四三通T4的第一出氣端與第五截止閥V5的一端相連通,第五截止閥V5的另一端與三軸壓力室的試樣上端進氣端通過圍壓室下部承壓臺24穿孔相連通。
[0040]下端氣體注入系統包括第九截止閥V9、第七三通T7、第二高壓注氣泵10、第十截止閥VlO ;第十截止閥VlO的一端與上端氣體注入系統中的第六三通T6的第二出氣端相連通，第十截止閥VlO的另一端與第二高壓注氣泵10的進氣端相連通，第二高壓注氣泵10的出氣端與第七三通T7的進氣端相連通，第七三通T7的第一出氣端與第九截止閥V9的一端相連通，第九截止閥V9的另一端與三軸壓力室的試樣下端進氣端通過圍壓室下部承壓臺24穿孔相連通。
[0041]抽真系統包括第七截止閥V7、第五三通T5、第八截止閥V8、真空泵6 ;真空泵6與第八截止閥V8的一端相連通，第八截止閥V8的另一端與第五三通的T5進氣端相連通，第五三通T5的第一出氣端與第七截止閥V7的一端相連通,第七截止閥V7的另一端與上端氣體注入系統中的第四三通T4的第二出氣端相連通，第五三通T5的第二出氣端與下端氣體注入系統中的第七三通T7的第二出氣端相連通。
[0042]恒溫系統包括第八三通T8、第十一截止閥VI1、第九三通T9、第十二截止閥V12和低溫槽8 ;第八三通T8的第一出水端與上端氣體注入系統中的第一高壓注氣泵7的外部恒溫腔室的入水端相連通，第八三通T8的第二出水端與下端氣體注入系統中的第二高壓注氣泵10的外部恒溫腔室的入水端相連通，第八三通T8的進水端端與第十一截止閥Vll的一端相連通，第十一截止閥Vll的另一端與低溫槽8的出水口相連通；第九三通T9的第一出水端與上端氣體注入系統中的第一高壓注氣泵7的外部恒溫腔室的出水端相連通，第九三通T9的第二出水端與下端氣體注入系統中的第二高壓注氣泵10的外部恒溫腔室的出水端相連通，第九三通T9的入水端與第十二截止閥V12的一端相連通，第十二截止閥V12的另一端與低溫槽8的進水口相連通。
[0043]數據控制采集系統:上端氣體注入系統中的第一高壓注氣泵7和下端氣體注入系統中的第二高壓注氣泵10通過自身配備的傳感器和數據采集盒將壓力和位移電信號換成所需數字信號，再通過電纜與計算機之間進行通信。軸壓泵1、第一壓力傳感器2、控油系統3、圍壓泵4、第二壓力傳感器5、軸向位移傳感器22、加熱線圈14、上部環向位移傳感器15、中部環向位移傳感器16、下部環向位移傳感器17、試樣表面溫度傳感器23、第一測油溫傳感器18、第二測油溫傳感器19通過電纜與控制器采集模塊相連通，再通過控制器與計算機之間進行通信。
[0044]上述各截止閥、三通、壓力傳感器之間用不銹鋼管線連接，為了防止不銹鋼耐壓管線散熱造成注入氣體的溫度降低，在上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統和恒溫系統中的所有不銹鋼耐壓管線外部包裹保溫夾套。上端氣體注入系統和下端氣體注入系統中的第一高壓注氣泵和第二高壓注氣泵外部也包裹保溫夾套。
[0045]以上圍壓偏壓恒溫下含氣頁巖吸附變形測試裝置的各器件均由市場采購。
[0046]采用上述的圍壓偏壓恒溫下含氣頁巖吸附變形測試裝置，具體操作過程為:
[0047]步驟一、標定測試條件下試樣與墊片、試樣與熱塑管之間氣體引起的試樣變形測試誤差
[0048](I)、將三軸壓力室的試樣表面的溫度傳感器23緊貼標準鋼樣固定，標準鋼樣上端與下端分別放置多孔墊片21，標準鋼樣外部套上熱塑管進行隔絕密封；將軸向位移傳感器22固定于三軸壓力室圍壓室壓頭25上，上部環向位移傳感器15環繞套有熱塑管的標準鋼樣的上部、中部環向位移傳感器16環繞套有熱塑管的標準鋼樣的中部、下部環向位移傳感器17環繞套有熱塑管的標準鋼樣的下部固定，開始采集標準鋼樣的變形；關閉測試裝置的所有截止閥。
[0049](2)、打開第二截止閥V2，先將軸壓室11充滿液壓油，打開截止閥VI，運行軸壓泵1，將軸壓泵充滿液壓油，關閉第二截止閥V2 ;打開第四截止閥V4，再將圍壓室20內充滿液壓油，打開截止閥V3，運行圍壓泵4，將圍壓泵充滿液壓油，關閉第四截止閥V4。
[0050](3)、打開第五截止閥至第十截止閥V5?V10，打開真空泵10，將標準鋼樣樣及管閥內抽真空，達到所需真空狀態時，關閉第五截止閥V5、第七截止閥V7、第八截止閥V8、第九截止閥V9和真空泵10，采用裝滿氦氣的高壓氣瓶12，調節第一減壓閥R3至壓力P1值2MPa，打開高壓氣瓶12，將第一高壓注氣泵9和第二高壓注氣泵16充滿，關閉第六截止閥V6，第十截止閥VlO ;第一高精度泵7和第二高精度柱塞泵10以壓力？1值210^開始獨立運行；
[0051](4)、啟動加熱線圈14，加熱三軸壓力室內液壓油以對標準鋼樣試樣加溫，到達指定溫度T1值25°〇后，待軸向位移傳感器、上部環向位移傳感器、中部環向位移傳感器和下部環向位移傳感器測量位移值不再變化時，讀取此時的軸向位移傳感器數值為
0.43864mm、上部環向傳感器數值Lsteel^a為0.01492mm、中部環向傳感器數值為
0.01505mm、下部環向傳感器數值LsteWc為0.01499mm。
[0052](5)、打開低溫槽8，設置到和三軸壓力室相同的溫度T1值25°C。水浴內部溫度恒定后，打開第十一截止閥VI1、第十二截止閥V12使恒溫水循環入第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10的外部恒溫腔室，使第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10內氣體通過熱交換逐漸達到溫度恒定T1值25°C。氣體溫度恒定的標準為泵內氣體的體積和壓力穩定不再變化。
[0053](6)、設置圍壓泵4壓力，開始對標準鋼樣加壓，壓力穩定后調節第二穩壓閥R2的壓力值，使圍壓室保持在壓力值oelS20MPa，為標準鋼樣提供圍壓σε1，值為20MPa，待圍壓穩定后，設置軸壓泵I壓力，開始對標準鋼樣加偏壓，偏壓穩定后調節第一穩壓閥Rl的壓力值，使軸壓室保持在壓力值σ dl為5MPa，為標準鋼樣提供偏壓σ dl、5MPa。待圍壓偏壓穩定后，待三軸壓力室的軸向位移傳感器、上部環向位移傳感器、中部環向位移傳感器和下部環向位移傳感器測量位移值不再變化時，讀取此時標準鋼樣加圍壓偏壓后的軸向位移傳感器測量位移值為0.45568mm、標準鋼樣加圍壓偏壓后的上部環向位移傳感器測量位移值LsfcdW為0.03001mm、標準鋼樣加圍壓偏壓后的中部環向位移傳感器測量位移值
Lsto^1‘為0.03054mm和標準鋼樣加圍壓偏壓后的下部環向位移傳感器的數值Lstrekviwj為
0.02997mm ；
[0054]真空下施加圍壓偏壓后與施加圍壓偏壓前相比標準鋼樣的軸向應變:
[0055]3X13l-StS6l-G|η=0.017042% 其中，Hsteel為標準鋼樣高度，
H1I，
99.99mm。
[0056]真空下施加圍壓偏壓后與施加圍壓偏壓前相比標準鋼樣平均環向應變:
[0057]
(^steel-O1-n-a ^steel-G1 -m-a ) ( ^steel-G1-n-b ^steel-σ, -m-b ) ( ^steel-σ, -n-c ^jSteel-O1 -m-c } I
^1TCie-Sted-O1 -A XD^f ,+AhXD.tp,^A XD^f ,X3
、a steelb steelc steelJ
= 0.01085%
[0058]其中，Aa為上部環向位移傳感器修正系數，2.987 ;Ab為中部環向位移傳感器修正系數，2.987 ；AC為下部環向位移傳感器修正系數，2.987 ； ；Dsteel為標準鋼樣直徑，49.99mm。
[0059](7)、打開第五截止閥V5和第九截止閥V9，對標準鋼樣以壓力？1值210^注入氦氣，待第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10氣體體積不再變化時，讀取此時標準鋼樣在壓力P1下的軸向位移傳感器測量位移值H ,為0.45339mm、標準鋼樣在壓力P i下的上部環向位移傳感器測量位移值1^#^為0.U^yynnm,標準鋼樣在壓力P1下的中部環向位移傳感器測量位移值Lsteel_P1.n_b為0.02994mm，標準鋼樣在壓力P1下的下部環向位移傳感器測量位移值 Lsteel-P1-n-c 為 0.02969mm ；
[0060]注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比標準鋼樣軸向應變:
[0061 ] ￡油地鄴=Η^Ρ|"~Π~- = 0.014746%


steel
[0062]注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比標準鋼樣平均環向應變:
[0063]

(^jSCeel-P1 -n-a ^jSteel-O1 -m-a ) (^steel-P1 -n-b ^steel-O1 -m-b ) (^sreel-P1 -n-c ^steel-O1 -m-c ) I A Λ1 Λ^ΟΟ/^circle-steel ? =--J---1--X — = U.U 丄 0)?/o
1 [ AaXDsreelAbXDstedAjDsteel J 3
[0064](8)、壓力P1值為2MPa下試樣和墊片之間的氣體引起軸向應變測試誤差:
[0065]^axial-steel-eiror-P., _ ^axial-Steel-P1 ^axial-steel-0.00—2)52
[0066]壓力P1值為2MPa下試樣和熱塑管之間的氣體引起平均環向應變測試誤差:
[0067]^cirde-steel-error-P! _ ^Gircle-Steel-Pi
[0068]壓力P1值為2MPa下試樣和墊片之間的氣體引起軸向應變測試誤差占施加圍壓偏壓后鋼樣軸向應變的13.47%，因此不可忽略；而試樣和熱塑管之間的氣體引起的環向應變測試誤差占施加圍壓偏壓后鋼樣軸向應變的2.46%，在傳感器的正常波動范圍內，說明在該壓力條件下試樣和熱塑管之間未進入氣體。
[0069](9)、關閉第五截止閥V5、第九截止閥V9，將第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10內氣體壓力升高至壓力P2,值為4MPa，打開第五截止閥V5、第九截止閥V9，對標定鋼樣以壓力P2值4MPa注入氦氣，待第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10氣體體積不再變化時，
讀取此時標準鋼樣在壓力P2下的軸向位移傳感器測量位移值為0.45239mm、標準鋼樣在壓力P2下的上部環向位移傳感器測量位移為0.02981mm、標準鋼樣在壓力P2下的中部環向位移傳感器測量位移值[-咕‘為0.03055mm和標準鋼樣在壓力P2下的下部環向位移傳感器測量位移值Lsteel.P2.M為0.02973mm ；
[0070]參照壓力P1值2MPa下計算方法，可得壓力升高到P2值4MPa下的計算方法:
[0071]壓力P2值為4MPa下試樣和墊片之間的氣體引起軸向應變測試誤差:
[0072]~ ^f ^ =-0.0032898%



上 Isteei
[0073]壓力P2值為4MPa下試樣和熱塑管之間的氣體引起平均環向應變測試誤差:
[0074]
i L -L ) ? L -L ) (L -L ^ I

\ steel-P1-n-a Steel-G1 -m-a / \ steel-P-.-n-b Steel-O1-m-b } \ steel-P->-n-c Steel-G1 -m-c J I
te— I ^+ ^+ ~;

=2.1 43 3 X105%
[0075]壓力P2值為4MPa下試樣和墊片之間的氣體引起軸向應變測試誤差占施加圍壓偏壓后鋼樣軸向應變的19.30%，因此不可忽略；而試樣和熱塑管之間的氣體引起的環向應變測試誤差占施加圍壓偏壓后鋼樣軸向應變的0.20%，在傳感器的正常波動范圍內，說明在該壓力條件下試樣和熱塑管之間未進入氣體。
[0076](10)、參照壓力P2條件下的測試和計算方法，不同壓力P3下試樣與墊片、試樣與熱塑管之間氣體引起試樣變形誤差的標定測試和計算方法，
[0077]壓力P3下試樣和墊片之間的氣體引起軸向應變測試誤差:

LI_ LI
Γλλ-.λ?^_ steel-P-, -nSteel-O1 -m ^■
[0078]^"axial-steel-error-P, _..^"axial-steel-σ,，



,,.1
[0079]其中:Hstawvn為標準鋼樣在壓力P3下的軸向位移傳感器測量位移值；
[0080]壓力P3下試樣和熱塑管之間的氣體引起平均環向應變測試誤差:
[0081]

Steel-P3-π-a steel-σ, -m-a ) (^jSteel-P3 -n-b ^steel-σ； -m-b )Steel-P3-n-c ^steel-σ, -ra-c ) 1.'= ~AaXDstecl ?^+~+ ~~L X3_f—，
VJ
[0082]其中:Lsteel.P5_n.a為標準鋼樣在壓力P3下的上部環向位移傳感器測量位移值，
Lsteel-P3-n-b為標準鋼樣在壓力P3下的中部環向位移傳感器測量位移值，Lsteel-P3-n-c為標準鋼樣在壓力P3下的下部環向位移傳感器測量位移值；
[0083]壓力P3下試樣和墊片之間的氣體引起軸向應變測試誤差、試樣和熱塑管之間的氣體引起平均環向應變測試誤差，測得數據和計算結果見表1:
[0084]表I
[0085]
^steel-P3 -n^steel-P3 -n-a^steel-P3 -n-b^steel-P3 -n-c^*axial-steel-error-P3^"circle-stsel-error-P-
mmmmmmmm
~6 0.44355 0.02982 0.03055 0.02980 -0.0121295%2.1433 χ 101'%
[0086]壓力P3值為6MPa下試樣和墊片之間的氣體引起軸向應變測試誤差占施加圍壓偏壓后鋼樣軸向應變的71.17%，因此不可忽略；而試樣和熱塑管之間的氣體引起的環向應變測試誤差占施加圍壓偏壓后鋼樣軸向應變的0.20%，在傳感器的正常波動范圍內，說明在該壓力條件下試樣和熱塑管之間未進入氣體。
[0087]步驟二、標定測試條件下氦氣引起的含氣頁巖膨脹變形
[0088](11)、將標準鋼樣換為含氣頁巖試樣，將三軸壓力室的試樣表面的溫度傳感器23緊貼含氣頁巖試樣固定，含氣頁巖試樣上端與下端分別放置多孔墊片21，含氣頁巖試樣外部套上熱塑管進行隔絕密封；將軸向位移傳感器固定于三軸壓力室圍壓室壓頭25上，上部環向位移傳感器15環繞套有熱塑管的含氣頁巖試樣的上部、中部環向位移傳感器16環繞套有熱塑管的含氣頁巖試樣的中部、下部環向位移傳感器17環繞套有熱塑管的含氣頁巖試樣的下部固定，開始采集含氣頁巖試樣的變形；關閉測試裝置的所有截止閥。
[0089](12)、打開第二截止閥V2，先將軸壓室11充滿液壓油，打開截止閥VI，運行軸壓泵1，將軸壓泵充滿液壓油，關閉第二截止閥V2 ;打開第四截止閥V4，再將圍壓室20內充滿液壓油，打開截止閥V3，運行圍壓泵4，將圍壓泵充滿液壓油，關閉第四截止閥V4。
[0090](13)、打開第五截止閥至第十截止閥V5?VlO閥門，打開真空泵6，將含氣頁巖試樣及管閥內抽真空達到所需真空度時，關閉第五截止閥V5、第七截止閥V7、第八截止閥V8、第九截止閥V9和真空泵6，調節減壓閥R3至壓力P1值2MPa，打開高壓氣瓶9，將第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10充滿氦氣，第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10以壓力P1開始獨立運行；關閉第六截止閥V6和第十截止閥VlO ；
[0091](14)、啟動加熱線圈14，加熱三軸壓力室內液壓油以對含氣頁巖試樣加溫，到達指定溫度T1值25°〇后，待三軸壓力室的軸向位移傳感器、上部環向位移傳感器、中部環向位移傳感器和下部環向位移傳感器測量位移值不再變化時，讀取此時的含氣頁巖試樣加溫后的軸向位移傳感器測量位移值HsMfMvm為0.17065mm、含氣頁巖試樣加溫后的上部環向傳感器測量位移值Lshate-。,-m-a為0.01019mm、含氣頁巖試樣加溫后的中部環向傳感器測量位移值Lshal(MJl.m.b為0.01213mm和含氣頁巖試樣加溫后的下部環向傳感器測量位移值為
0.01158mm ；
[0092](15)、打開低溫槽8，設置到和三軸壓力室相同的溫度T1值25V。水浴內部溫度恒定后，打開第十一截止閥Vll和第十二截止閥V12使恒溫水循環入第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10的外部恒溫腔室，使第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10內氣體通過熱交換逐漸達到溫度恒定T1值25°C，氣體溫度恒定的標準為泵內氣體的體積和壓力穩定不再變化。
[0093](16)、打開第三截止閥V3，設置圍壓泵4壓力，開始對含氣頁巖試樣加壓，壓力穩定后調節第二穩壓閥R2的壓力值，使圍壓室保持在壓力值σ el，值為20MPa，為含氣頁巖試樣提供圍壓σ el，值為20MPa，待圍壓穩定后，打開第一截止閥VI，設置軸壓泵I壓力，開始對試樣加偏壓，偏壓穩定后調節第一穩壓閥Rl的壓力值，使軸壓室保持在壓力值Odl，值為5MPa,為含氣頁巖試樣提供偏壓σ dl5MPa。待圍壓偏壓穩定后,待軸向位移傳感器、上部環向位移傳感器、中部環向位移傳感器和下部環向位移傳感器測量位移值不再變化時，讀取此時的含氣頁巖試樣加圍壓偏壓后的軸向位移傳感器的測量位移值Hsfaatetii為0.87757mm、含氣頁巖試樣加圍壓偏壓后的上部環向位移傳感器的測量位移值Ldale-σ,-ιι---為0.1294_、含氣頁巖試樣加圍壓偏壓后的中部環向位移傳感器的測量位移值Lshak-cvn—b為0.1319mm和含氣頁巖試樣加圍壓偏壓后的下部環向位移傳感器的數值的測量位移值LshalWlM為0.1180mm ；
[0094]真空下施加圍壓偏壓后與施加圍壓偏壓前相比含氣頁巖試樣的軸向膨脹應變:
[0095]匕―σ,= Η--「「Η--?α71247%，其中，Hshale 為含氣頁巖高度，99.22mm ;


-t^shale
[0096]真空下施加圍壓偏壓后與施加圍壓偏壓前相比含氣頁巖試樣的平均環向膨脹應變:
[0097]
("^shale-σι -n-a ^shale-σ, -m-a ) ( ^shale-σι -n-b ^shale-σ, -m-b ) I ^shale-σ, -n-c ^shale-σ] -m-c I I Λ,
ε.= --;-+----1-+--1--- x-= 0.0779% ?
1 、 Aa X DshaleAb X DghaleΑε X Dshale ^ 3
[0098]其中，Dshale為含氣頁巖試樣高度，49.45mm。
[0099](17)、打開第五截止閥V5和第九截止閥V9，對含氣頁巖試樣以壓力P1^MPa注入非吸附性氣體，待第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10氣體體積不再變化時，讀取此時的非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P1下的軸向位移傳感器測量位移值HsIialcPl-1I為
0.87422mm、非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P1下的上部環向位移傳感器測量位移值LshalesJVn_a為0.1220mm、非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P1下的中部環向位移傳感器測量位移值為0.1230mm和非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P1下的下部環向位移傳感器測量位移值LsMe-Prn-C為0.1089mm ；
[0100]壓力P1下注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比含氣頁巖試樣的變形包括三部分:真空下施加圍壓偏壓后與施加圍壓偏壓前相比氣頁巖試樣的變形、試樣與熱塑管之間的氦氣引起的含氣頁巖試樣的變形誤差、含氣頁巖孔隙和微裂隙中游離氦氣引起含氣頁巖試樣的膨脹變形。
[0101]壓力P1下注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖空隙和微裂隙中游離氦氣引起的含氣頁巖軸向膨脹應變:
[0102]=Η—-QralWrfl =-0.0010741%


-^shale
[0103]壓力P1下注入非吸附性氣體后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖空隙和微裂隙中游離氦氣引起的含氣頁巖平均環向膨脹應變:
[0104]

(^shaIe-P1 -n-a ^shale-σ, -m-a ) I ^shaie-P1-n-b ^-lShale-O1 -m-b ) I ^-rSbale-P1 -n-c ^shaie-σ, -m-c ) I
p— __^_I_L -L __!_J ' -L X_:_.' X__p一 p
circle-shale-PjΛ v/1、Λ.ΙΛΛ 丨、? circle-shale-σ, circle-steel-error-P|
^ AaXUslmleA.h XUshaleX ijShale J ^
= -0.005467%
[0105](18)、關閉第五截止閥V5和第九截止閥V9，將高第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10壓力提高至注入氣體壓力P2，值為4MPa，打開第五截止閥V5和第九截止閥V9，對含氣頁巖試樣以壓力P2值4MPa注入非氦氣，待第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10氣體體積不再變化時，讀取此時的非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P2下的軸向位移傳感器測量位移值H.p2-n為0.87185mm,非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P2下的上部環向位移傳感器測量位移值LsMrf2-M為0.1190mm,非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P2
下的中部環向位移傳感器測量位移值Lshale-1Vn-b為0.1185_，非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P2下的下部環向位移傳感器測量位移值Lshale-P2W為0.1049mm ；
[0106]參照壓力P1條件下的計算方法，得到:
[0107]壓力P2值4MPa下注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖空隙和微裂隙中的游離氦氣引起含氣頁巖試樣軸向應變:
[0108]iaxial.shale.fteegas.p2 = Η-?—「m 遍―, -^aistedem叫=-0.0024716%



shale
[0109]壓力P2下注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖空隙和微裂隙中的游離氦氣引起含氣頁巖試樣平均環向應變:


{^shale-Ρτ-π-a ^shaIe-O1 -m-a } ^shale-Ρτ-n-b ^shale-O1 -m-b ) (^shaIe-P-,-n-c ^shale-O1 -m-c } I
^circle-shab-freegas-^ -Λ νΠ+八 VD+Λ VH^
[0110]IvX jjShaleX i^shaleX ljShaleJ ^


^cirde-shaie-CT! ^circle-steel-error-P-.= -0.008319%
[0111](19)、參照壓力P2值410^條件下的測試和計算方法，壓力P3下含氣頁巖空隙和微裂隙中的游離氦氣引起含氣頁巖軸向、平均環向應變測試和計算方法；
[0112]壓力P3下注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖空隙和微裂隙中的游離氦氣引起含氣頁巖軸向應變:
H - H
__shale-P，-ηshale-σ, -m
[0113]^axial-shale-free gas-P3 —TZ^axial-shale-C1 _ ^axial-steel-error-Pj



H.,Iiaie
[0114]其中:Hsha^vn非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P3下的軸向位移傳感器測量位移值；
[0115]壓力P3下注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖空隙和微裂隙中的游離氦氣引起含氣頁巖平均環向應變:
,(L -L ) (h -L ) (l -L?


\ shale-P, -n-a shale-σ, -m-a J \ shale-P, -n-b sha!e-0|-ra-b / \ Shale-P3, -n-c ' shale-σ, -m-c} 丄
[0116]—= [ AaXDshale + AbXDstole + AcXDstole ,3 ;


^Gircle-shale-cr, ^"circle-steel-error-P.,
[0117]其中:LShate-p3-n-a為非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P3下的上部環向位移傳感器測量位移值，Lshale-P,-n-b為非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P3下的中部環向位移傳感器測量位移值，^shale-P3-11-C為非吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P3下的下部環向位移傳感器測量位移值；
[0118]壓力P3下，注入氦氣后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖空隙和微裂隙中游離氦氣引起的含氣頁巖軸向膨脹應變和平均環向膨脹應變，測得數據與計算結果見表2:
[0119]表2
[0120]
P]^shale-P-, -n^shale-P-,-n-a^shale-P-,-u-b^shale-P3 -n-c丄丄 ttee gas-P] ^circle-sKale-1ree gas-P3
MP-1mmmmmmmm
~6 0.86262 0.11660.1146 0.1016-0.0029365%-0.007559%
[0121]步驟三、吸附氣體引起的含氣頁巖真實吸附變形
[0122](20)、注非吸附性氣體測試結束后，打開第五截止閥至第十截止閥V5?VlO閥門，打開真空泵6，將試樣及管閥內抽真空達到所需真空度時，關閉第五截止閥V5、第七截止閥V7、第八截止閥V8、第九截止閥V9。
[0123](21)、關閉第六截止閥V6和第十截止閥V10，將高壓氣瓶9內氣體換為甲烷氣體，打開第六截止閥V6和第十截止閥V10，調節減壓閥R3至壓力P1值2MPa，打開高壓氣瓶9，將第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10充滿甲烷氣體，第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10以壓力P1值2MPa開始獨立運行；關閉第六截止閥V6，第十截止閥VlO ；
[0124](22)、打開第五截止閥V5和第九截止閥V9,對含氣頁巖試樣以壓力P1值2MPa注入甲烷，待第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10氣體體積不再變化時，讀取此時的吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P1下的軸向位移傳感器測量位移值HShate.p,.nS 0.86137mm、
吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P1下的上部環向位移傳感器測量位移為
0.09163_、吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P1下的中部環向位移傳感器測量位移值Llie-prI,-b為0.09192mm和吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P1下的下部環向位移傳感器測量位移值L

Shale-Pl -n-c 為 0.08257mm ；
[0125]含頁巖試樣的變形不僅包含吸附態甲烷引起含氣頁巖的吸附變形，還包含真空下施加圍壓偏壓后與施加圍壓偏壓前相比氣頁巖試樣的變形、試樣與多孔墊片、試樣和熱塑管之間氣體引起的氣頁巖變形誤差、含氣頁巖孔隙和微裂隙中游離態氣體引起的氣頁巖膨脹變形。
[0126]壓力P1值為2MPa下注入甲烷后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁軸向真實吸附應變:
[0127]
H/ —H
shale-P‘ -nsliale-G! -hiλ λ -? ^ cq/
axial-shale-adsorpt1n-P! —τ τ^*axial-shale-t7t ^axial-shale-free gas-Pj axial-steel-euor-P,—


^slialc
[0128]壓力P1值為2MPa下注入甲烷后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖平均真實環向吸附應變:

,丨.1 '一 τ\ 11 /一 T\ ? ? /一 [丨、
\ shale-P, -n-a Shale-O1-m-a J \ shale-P,-n-b Shale-O1 -m-b / \ shale-P, -n-c Shale-C1-m-c / i
^cuck-shale-adsoipt1n-P, 一Λ vFi^A VFi^A V ΤΛ
[01 29]VA -uShaleA -uShaleA -^shale J J
_ -- _ ￡ 一 f、
circle-shale- ￠7, ckcle-shale-free gas-Pj circle-stee 1-error-!^

= 0.01979%
[0130](23)、壓力P1下測試結束后，關閉第五截止閥V5和第九截止閥V9，將高第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10壓力提高至注入氣體壓力P2,值為4MPa，打開第五截止閥V5和第九截止閥V9，對含氣頁巖試樣以壓力P2值4MPa注入甲烷氣體，待第一高壓注氣泵7和第二高壓注氣泵10氣體體積不再變化時，讀取此時的吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P2下的軸向位移傳感器測量位移值H I11 >.ρ2.η為0.85053mm、吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P2下的上部環向位移傳感器測量位移值LstateiM為0.05625mm、吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P2下的中部環向位移傳感器測量位移值Lshale_P2.n.b為0.05448mm和吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P2下的下部環向位移傳感器測量位移值為
0.04916mm ；
[0131]參照壓力P1條件下計算方法，得到:
[0132]壓力P2值410^下，注入甲烷后與施加圍壓偏壓前相比，氣頁巖試樣的軸向真實吸附應變:
[0133]

J-1rl1- Hf
^"axial-shale-adsorpl1n-P, —TT^"axial-shale-cr, ^"axial-shale-freegas-P, ^"axial-steel-error-P, _ 0.021487 /o


shale
[0134]壓力P2值410^下，注入甲烷后與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖試樣的平均環向真實吸附應變:
[0135]


(LsI1Qle-P5 -n-a ^shale-σ, -m-a ) I ^jShale-P, -n-b ^shale-σ, -mb I (^jShale-P, -n~c ^shale-σ, -me j I
￡— I_:_!_Lj__;_:_I_-+-_:_ X__p
Circle-Shale^adsorpt1n-P2Λ V FNK w ΤΛΛ ν/ΤΛο circle-shale-σ]
- 、 Aa XDshahAb xHhaleAc XLiShale J ^
,~P


circle-stele-free g9s-P2 ' CirCie-Sieeterror-P2

= -().()4120%
[0136](24)、參照壓力P2條件下的測試和計算方法，壓力P3下注入甲烷與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖軸向、平均環向真實吸附應變測試和計算方法；
[0137]壓力P3下含氣頁巖軸向真實吸附應變:
Hv -H
「01381 ￡- shaleA-n Shale-G1-H1.|_υ OOJaxial-shale-adsorpt1n-P3yjaxial-shale-σ! axial-shale-free gas-Pj axial-steel-error-P3，



i^shale
[0139]其中:Hshafci^n為吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P3下的軸向位移傳感器測量位移值；
[0140]壓力P3下含氣頁巖平均環向真實吸附應變:
[0141]

(shale-P^ -n-a ^shale-0rm-a ) (^jShaie-P3-n-b ^shate-σ, -m-b ) (^shale-P1-n-c ^shale-σ, -m-c ) I左circle-shale-adsorpticm-Pj? \y ΓΛ+ΛνΤΛ+ΛνΤΛ^ η ^circle-shale-σ,;
Aa X ^shaIeAb X j^shaleX j^shale^
VJ

石*eircle-shale-free gas-P3 ^cird e-steel-enOr-P3
[0142]其中:l4ale.P3.n—a為吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P3下的上部環向位移傳感器測量位移值，Lshale.P:).n.b為吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P3下的中部環向位移傳感器測量位移值，Lshale.p3.n.c為吸附性氣體環境含氣頁巖試樣在壓力P3下的下部環向位移傳感器測量位移值。
[0143]壓力P3下注入甲烷與施加圍壓偏壓前相比，含氣頁巖軸向、平均環向真實吸附應變測得數據與計算結果見表3:
[0144]表3
[0145]
T>TJyT /了 ZT f
r3Shate-Pmshale-P,-n-ashale-P,-n-bshale-P,-n-c, ? p on_P, ^lrde-shale-腿-]
MPa mmmmmmmm
~6 0.84157 0.0009231 -().()()2812 -0.004207^ -0.021217% -().()7941%
[0146]該級圍壓偏壓和溫度環境下，測試結束后，可先將試樣和管路系統內的氣體抽真空。繼續提高圍壓、偏壓和溫度，測試不同圍壓、偏壓和溫度下的含氣頁巖的真實吸附膨脹變形，其測試和計算方法與該級圍壓偏壓和溫度環境下相同。
[0147]以上所述僅為本實用新型示意性的【具體實施方式】，并非用于限定本實用新型的范圍。任何在不脫離本實用新型構思的前提下所做出的修改，均應屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，其特征在于，所述的測試裝置包括三軸壓力室、軸壓控制系統、圍壓控制系統、上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統、恒溫系統和數據控制采集系統； 所述的三軸壓力室包括軸壓室、圍壓室、多孔墊片、軸向位移傳感器、上部環向位移傳感器、中部環向位移傳感器、下部環向位移傳感器和試樣加溫裝置；軸壓室設置在圍壓室之上，試樣的上下兩端分別放置多孔墊片；軸向位移傳感器豎直設置在圍壓室底部，分立兩偵牝軸向位移傳感器上端與試樣上部的圍壓室的壓頭固定連接，上部環向位移傳感器環繞在試樣上部，中部環向位移傳感器環繞在試樣中部，下部環向位移傳感器環繞在試樣下部；試樣加溫裝置設置在圍壓室內； 所述的軸壓控制系統與三軸壓力室的軸壓室相連通； 所述的圍壓控制系統與三軸壓力室的圍壓室相連通； 所述的上端氣體注入系統，包括高壓注氣泵，上端氣體注入系統通過三軸壓力室圍壓室底部穿孔與試樣上部相對應； 所述的下端氣體注入系統，包括高壓注氣泵，下端氣體注入系統通過三軸壓力室圍壓室底部穿孔與試樣下部相對應； 所述的抽真空系統，分別與上端氣體注入系統及下端氣體注入系統相連通； 所述的恒溫系統，分別與上端氣體注入系統的高壓注氣泵及下端氣體注入系統的高壓注氣泵相連接； 所述的數據控制采集系統，與三軸壓力室的數據控制端、軸壓控制系統的數據控制端、圍壓控制系統的數據控制端、上端氣體注入系統的數據控制端和下端氣體注入系統的數據控制端相連接。
2.如權利要求1所述的圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，其特征在于，所述的上端氣體注入系統包括高壓注氣泵、減壓閥、高壓氣瓶和截止閥；高壓氣瓶與減壓閥的一端相連通，減壓閥的另一端與高壓注氣泵的一端相通，高壓注氣泵的另一端與三軸壓力室的試樣上部通過圍壓室底部穿孔相連通；在高壓氣瓶與高壓注氣泵之間及高壓注氣泵與三軸壓力室的試樣之間均設置有截止閥。
3.如權利要求1所述的圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，其特征在于，所述的下端氣體注入系統包括高壓注氣泵、減壓閥、高壓氣瓶和截止閥；高壓氣瓶與減壓閥的一端相連通，減壓閥的另一端與高壓注氣泵的一端相通，高壓注氣泵的另一端與三軸壓力室的試樣下部通過圍壓室底部穿孔相連通；在高壓氣瓶與高壓注氣泵之間及高壓注氣泵與三軸壓力室的試樣之間均設置有截止閥。
4.如權利要求1所述的圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，其特征在于，所述的三軸壓力室試樣加溫裝置包括試樣表面溫度傳感器、測油溫傳感器、加熱線圈；試樣表面溫度傳感器緊貼試樣放置，測油溫傳感器豎直放置于圍壓室底部，加熱線圈緊貼圍壓室的側壁放置。
5.如權利要求1所述的圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，其特征在于，所述軸壓控制系統、圍壓控制系統、上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統、恒溫系統和數據控制采集系統的管路采用不銹鋼耐壓管線。
6.如權利要求5所述的圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，其特征在于，所述的上端氣體注入系統、下端氣體注入系統、抽真空系統和恒溫系統中的不銹鋼耐壓管線外部包裹保溫夾套。
7.如權利要求1所述的圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，其特征在于，所述的上端氣體注入系統高壓注氣泵和下端氣體注入系統的高壓注氣泵外部包裹保溫夾套。
8.如權利要求1所述的圍壓偏壓恒溫環境下含氣頁巖吸附應變測試裝置，其特征在于，所述的軸壓控制系統和圍壓控制系統中均設置壓力傳感器，壓力傳感器數據輸出端與數據控制采集系統相連接。
【文檔編號】G01B21/32GK203929056SQ201420220857
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】馮夏庭, 陳天宇, 張希巍, 楊成祥, 張鳳鵬, 劉建坡, 劉曉宇 申請人:東北大學