CN107121373A - 一种测试气液混合介质的渗透率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试气液混合介质的渗透率测试装置，包括液体储存器、气体储存器、蒸发器模块、加载系统、无围压岩心夹持器、数据采集仪和计算系统；所述液体储存器和气体储存器分别与蒸发器模块的两个入口相连；所述加载系统包括气液混合泵和高压管，所述气液混合泵用于对蒸发器模块输出的混合气加压，并通过高压管送入无围压岩心夹持器的进气口；所述无围压岩心夹持器的出口通过出口管道连接到液体流量计和气体流量计；所述数据采集仪采集蒸发器模块、液体流量计、以及气体流量计的数据，所述计算系统通过接收数据采集仪采集的数据计算出无围压岩心夹持器内试样的渗透率。本发明实现了对气体和液体渗透介质的精准控制，其操作方便，应用广。
Description
技术领域
本发明涉及一种考虑气液混合体作为渗透介质的渗透率测试装置，是一种精确监测、控制气液混合比例的渗透率测试装置，具体涉及一种测试气液混合介质的渗透率测试装置。
背景技术
渗流是流体通过多孔介质或裂隙介质的流动。岩体的渗透性对于核废料深部地质处置库围岩、深部巷道支护体、干热岩等大型工程的安全和稳定性具有重要影响。目前岩石渗透率的测定常用到液体渗透和气体渗透测试方法，两种方法的原理均为经典达西定律。对于气液混合体作为渗流介质的渗透率测试方法目前国内外很少涉及，设备也相对缺乏。并且现有的设备在气液混合比例的控制上操作繁琐且精度不高，致使试验结果的误差较大，不能满足实际工程所需。
在实际工程中，往往需要考虑多种介质的相互混合。另外，测试试样附存环境的复杂性，使得渗透率测试必须考虑温度和湿度的影响。故本发明装置中的无围压岩心夹持器保存在高精度恒温恒湿箱内，使得液体蒸气处于气体状态。
岩石因其致密，在较低渗透压力下渗透介质的流速小，普通岩石渗透率测量系统很难精确计量和测定渗透介质的流量，进而导致渗透率的测量不准确。另一方面，现有的岩石渗透率测量装置自动化程度较低，流量计和压力表的读数多靠人为读取，而岩石渗透率则是通过这些读数计算得来的，在消耗大量的人力、物力的情况下还存在较大的误差，影响试验结果的精度。
发明内容
本发明专利的目的是解决以气液混合体做渗透介质的试验中对气液混合比例的控制以及测量不精确的问题。本发明操作简单，测量精确，经济安全。
本发明专利的技术方案为：
一种测试气液混合介质的渗透率测试装置，其特征在于：包括液体储存器、气体储存器、蒸发器模块、加载系统、无围压岩心夹持器、数据采集仪和计算系统；
所述液体储存器和气体储存器分别与蒸发器模块的两个入口相连，所述蒸发器模块用于将液体气化并与气体混合均匀形成混合气，通过蒸发器模块的出口输出；
所述加载系统包括气液混合泵和高压管，所述气液混合泵用于对蒸发器模块输出的混合气加压，并通过高压管送入无围压岩心夹持器的进气口，所述高压管上设有第二控制阀和第一温度和湿度传感器，气液混合泵的入口通过混合气管道与蒸发器模块的出口相连，混合气管道上设有第一控制阀；
所述无围压岩心夹持器的出口通过出口管道连接到液体流量计和气体流量计，所述出口管道上设有第二温度和湿度传感器和第三控制阀；
所述数据采集仪采集蒸发器模块、第一温度和湿度传感器、第二温度和湿度传感器、液体流量计、以及气体流量计的数据，所述计算系统通过接收数据采集仪采集的数据计算出无围压岩心夹持器内试样的渗透率。
作为改进，所述加载系统、无围压岩心夹持器、以及出口管上的第二温度和湿度传感器均设于恒温箱内，位于恒温箱外部的混合气管道和出口管道上分别设有恒温加热器。
作为改进，所述蒸发器模块包括液体流量控制器、气体流量控制器、可控温的蒸发器、以及一台显示器，所述液体流量控制器的入口和出口分别通过管道连接液体储存器和蒸发器，所述气体流量控制器的入口和出口分别通过管道连接气体储存器和蒸发器。
作为改进，所述无围压岩心夹持器为由底盖、顶盖和圆柱形筒壁组成容纳待测试样的空间，待测试样与底盖和顶盖之间分别设有一块透水板，所述待测试样与圆柱形筒壁之间设有高性能胶结材料。
作为改进，所述底盖和顶盖分别与圆柱形筒壁通过螺纹相连，所述圆柱形筒壁底部设有限位卡槽，底盖上设有与限位卡槽向配合的限位卡快。
作为改进，所述恒温加热器为分别套在混合气管道和出口管道上的加热套管。
本发明的有益效果是：
解决目前在进行以气液混合体为介质的渗透试验对气液混合比例控制不够精确的问题。本发明蒸发器模块包括蒸发器、显示仪、气体流量控制器和液体质量控制器，通过气体流量控制器和液体质量控制器使得对气体质量和液体流量控制的精度大大提高。本发明结构简单，操作方便，并且可以自动控制气液混合比例，读数、计算全自动化。能够准确的计算出岩样的渗透率，检测的准确性高，可靠性强，试验设备使用年限长。
附图说明
图1为本发明渗透率测试装置结构示意图。
图2为本发明蒸发器模块结构示意图。
图3为本发明无围压岩心夹持器结构示意图。
附图标记的含义：1-液体储存器，2-气体储存器，3-蒸发器模块，4-第一控制阀，5-恒温加热器，6-气液混合泵，7-高压管，8-第二控制阀，9-第一温度和湿度传感器，10-底盖，11-限位卡槽，12-限位卡快，13-内螺纹，14-试样，15-外螺纹，16-下透水板，17-圆柱形筒壁，18-高性能胶结材料，19-上透水板，20-顶盖，21-第二温度和湿度传感器，22-第三控制阀，23-液体流量计，24-气体流量计，25-数据采集仪，26-恒温箱，27-液体流量控制器，28-蒸发器，29-显示器，30-气体流量控制器。
具体实施方式
面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步的详细说明。
一种测试气液混合介质的渗透率测试装置，包括液体储存器1、气体储存器2、蒸发器模块3、加载系统、无围压岩心夹持器、数据采集仪25和计算系统；
所述液体储存器1和气体储存器2分别与蒸发器模块3的两个入口相连，所述蒸发器模块3用于将液体气化并与气体混合均匀形成混合气，通过蒸发器模块3的出口输出；
所述加载系统包括气液混合泵6和高压管7，所述气液混合泵6用于对蒸发器模块3输出的混合气加压，并通过高压管7送入无围压岩心夹持器的进气口，所述高压管7上设有第二控制阀8和第一温度和湿度传感器9，气液混合泵6的入口通过混合气管道与蒸发器模块3的出口相连，混合气管道上设有第一控制阀4；第一温度和湿度传感器9用于测量进入无围压岩心夹持器前渗透介质的温度和湿度；
所述无围压岩心夹持器的出口通过出口管道连接到液体流量计23和气体流量计24，所述出口管道上设有第二温度和湿度传感器21和第三控制阀22；第二温度和湿度传感器21用于测量经过无围压岩心夹持器内试样14渗透后渗透介质的温度和湿度；
所述数据采集仪25用于收集蒸发器模块3、第一温度和湿度传感器9、第二温度和湿度传感器21、液体流量计23、以及气体流量计24的测量数据，所述计算系统通过接收数据采集仪25采集的数据，通过进入无围压岩心夹持器前液体流量控制器27和气体流量控制器30设定的渗透介质气体和液体流量以及通过液体流量计23和气体流量计24测量的经过渗透后渗透介质的气体和液体流量计23算出无围压岩心夹持器内试样14的渗透率。本发明实施例采用的液体流量计23、气体流量计24、液体流量控制器27、以及气体流量控制器30均为质量流量计。
所述加载系统、无围压岩心夹持器、以及出口管上的第二温度和湿度传感器21均设于恒温箱26内，位于恒温箱26外部的混合气管道和出口管道上分别设有恒温加热器5。所述恒温加热器5为分别套在混合气管道和出口管道上的加热套管。对进入恒温室之前连接蒸发器28和气液混合泵6的混合气管道进行加热，避免已蒸发液体冷凝。
所述蒸发器模块3包括液体流量控制器27、气体流量控制器30、可控温的蒸发器28、以及一台显示器29，所述液体流量控制器27的入口和出口分别通过管道连接液体储存器1和蒸发器28，所述气体流量控制器30的入口和出口分别通过管道连接气体储存器2和蒸发器28，蒸发器模块3主要用于将进入蒸发器28的液体变为气体并精确控制气液混合比例。
所述无围压岩心夹持器为由底盖10、顶盖20和圆柱形筒壁17组成容纳待测试样14的空间，待测试样14与底盖10和顶盖20之间分别设有一块透水板，所述待测试样14与圆柱形筒壁17之间设有高性能胶结材料18。所述底盖10和顶盖20分别与圆柱形筒壁17通过螺纹相连，所述圆柱形筒壁17底部设有限位卡槽11，底盖10上设有与限位卡槽11向配合的限位卡快12。将试样14放入无围压岩心夹持器内，周围涂上高性能胶结材料18，待高性能胶结材料18凝固牢靠后方可进入下一步操作。
第一控制阀4、第二控制阀8和第三控制阀22均为可以远程控制开关的阀门，第二控制阀8是渗透介质向无围压岩心夹持器内输送的最后一道开关。
本发明的液体流量控制器27需对液体流量测量足够精确，可采用直接测流方式，所需压差范围小在测量过程中其流体温差范围也被控制在±1℃内。这一特性极大的降低了由于温度的变化导致质变的风险。
本发明的气体流量控制器30需对气体测量十分精确，可采用层流压差技术，保证了速度极快的线性测量，测量结果更加准确。
本发明的蒸发器28的控温范围较广，故蒸发器28的外表材料可采用隔温效果较好的固特节能纳米微孔隔热材料，其隔热性能比传统纤维类的隔热性能要高3～4倍。
该渗透率测试装置测试方式包括以下步骤：
步骤1：将所需测试的试样14加工成标准圆柱体试件，按照所需的要求对试样14进行试验前的处理；
步骤2：将试样14放入无围压岩心夹持器中，将试样14与圆柱形筒壁17内侧间隙部分充满高性能胶结材料18，待高性能胶结材料18凝固牢靠后方可进行下一步操作；
步骤3：将透水垫板分别放入顶盖20和底盖10中并与圆柱形筒壁17连接牢靠，顶盖20与底盖10与注入端管路和排出端管路连接牢靠；
步骤4：将第一温度和湿度传感器9左端用高压管7与气液混合泵6相连，右端与无围压岩心夹持器进气口相连；第二温度和湿度传感器21左端与无围压岩心夹持器出口相连，右端与液体流量计23相连，然后整体放入恒温箱26，在恒温箱26外面的管线应用加热管加热，恒温箱26的温度可根据要求进行设定；
步骤5：在蒸发器模块3上设定试验所需的气体和液体的质量，待蒸发器28内液体完全蒸发为气体后，打开第一控制阀4，将渗透介质送入气液混合泵6，根据所需的压力设定气液混合泵6上的压力，然后打开第二控制阀8门，开始向无围压岩心夹持器内输入渗透介质，达到所需的压力后关闭第二控制阀8和第三控制阀22；
步骤6：渗透所需的时间后打开第三控制阀22，液体流量计23内的气态的水冷凝成液态，通过液体流量计23测量渗透后液体的质量，气体流量计24测试渗透后气体的质量；
步骤7：所述有数据通过数据采集仪25输入计算系统，计算试样14的渗透率。
以上所述的实例，仅仅是对本发明的解释说明，并不能限定发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则内所作的任何替换和更改，均应在本发明包括范围之内。
Claims (6)
1.一种测试气液混合介质的渗透率测试装置，其特征在于：包括液体储存器、气体储存器、蒸发器模块、加载系统、无围压岩心夹持器、数据采集仪和计算系统；
所述液体储存器和气体储存器分别与蒸发器模块的两个入口相连，所述蒸发器模块用于将液体气化并与气体混合均匀形成混合气，通过蒸发器模块的出口输出；
所述加载系统包括气液混合泵和高压管，所述气液混合泵用于对蒸发器模块输出的混合气加压，并通过高压管送入无围压岩心夹持器的进气口，所述高压管上设有第二控制阀和第一温度和湿度传感器，气液混合泵的入口通过混合气管道与蒸发器模块的出口相连，混合气管道上设有第一控制阀；
所述无围压岩心夹持器的出口通过出口管道连接到液体流量计和气体流量计，所述出口管道上设有第二温度和湿度传感器和第三控制阀；
所述数据采集仪采集蒸发器模块、第一温度和湿度传感器、第二温度和湿度传感器、液体流量计、以及气体流量计的数据，所述计算系统通过接收数据采集仪采集的数据计算出无围压岩心夹持器内试样的渗透率。
2.根据权利要求1所述一种渗透率测试装置，其特征在于：所述加载系统、无围压岩心夹持器、以及出口管上的第二温度和湿度传感器均设于恒温箱内，位于恒温箱外部的混合气管道和出口管道上分别设有恒温加热器。
3.根据权利要求1所述一种渗透率测试装置，其特征在于：所述蒸发器模块包括液体流量控制器、气体流量控制器、可控温的蒸发器、以及一台显示器，所述液体流量控制器的入口和出口分别通过管道连接液体储存器和蒸发器，所述气体流量控制器的入口和出口分别通过管道连接气体储存器和蒸发器。
4.根据权利要求1所述一种渗透率测试装置，其特征在于：所述无围压岩心夹持器为由底盖、顶盖和圆柱形筒壁组成容纳待测试样的空间，待测试样与底盖和顶盖之间分别设有一块透水板，所述待测试样与圆柱形筒壁之间设有高性能胶结材料。
5.根据权利要求4所述一种渗透率测试装置，其特征在于：所述底盖和顶盖分别与圆柱形筒壁通过螺纹相连，所述圆柱形筒壁底部设有限位卡槽，底盖上设有与限位卡槽向配合的限位卡快。
6.根据权利要求2所述一种渗透率测试装置，其特征在于：所述恒温加热器为分别套在混合气管道和出口管道上的加热套管。
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