《致密巖石基質(zhì)滲透率測(cè)定方法》編制說(shuō)明

《致密巖石基質(zhì)滲透率測(cè)定方法》編制說(shuō)明一、標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性煤層氣,是由煤層生成并主要以吸附狀態(tài)儲(chǔ)集于煤層中的一種非常規(guī)天然氣,其主要成分是甲烷,煤礦俗稱為瓦斯。一方面,它是威脅煤礦安全生產(chǎn)的災(zāi)害性氣體和引起氣候變暖的溫室性氣體,但同時(shí)它也是一種替代天然氣的高效、潔凈能探索了地質(zhì)因素對(duì)滲透率的影響，并提出了相二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及依據(jù)規(guī)則》要求進(jìn)行編寫。2.參照相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)定，在編制過(guò)程中著重考慮了科學(xué)性、適用性和可操作性。三、項(xiàng)目背景及工作情況基質(zhì)滲透率測(cè)定方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃，計(jì)劃編（二）標(biāo)準(zhǔn)起草單位（三）標(biāo)準(zhǔn)研制過(guò)程及相關(guān)工作計(jì)劃2023年6月標(biāo)準(zhǔn)編制小組先后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議、電話、微信等多種形式征集（四）主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析((P1P2)(P1P2)煤巖基質(zhì)滲透率測(cè)量過(guò)程主要是將參考缸中的高壓氦氣沖入樣品缸中，通過(guò)測(cè)定參考缸和樣品缸中平衡前后的溫度、壓力，計(jì)算顆粒樣品的孔隙度。通過(guò)測(cè)定樣品缸中的溫度和壓力隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，繪制已吸附到基質(zhì)中的氣體的量與總吸附量的比值（FR）的對(duì)數(shù)（log10(FR)）隨時(shí)間的曲線，截取中間時(shí)間段進(jìn)行線性擬合，根據(jù)斜率計(jì)算得到基質(zhì)滲透基質(zhì)滲透率測(cè)定示意圖見(jiàn)圖1?；|(zhì)滲透率的數(shù)據(jù)處理過(guò)程主要由包括煤樣孔隙度的計(jì)算和煤樣基質(zhì)滲透率的計(jì)算兩部分，其中煤樣孔隙度主要是采集的壓力、溫度數(shù)據(jù)計(jì)算煤樣自由空間體積，最后得到煤樣的孔隙度，而煤樣基質(zhì)滲透率的計(jì)算主要包括計(jì)算閥門接通瞬間樣品腔和參考腔中氣體的平均密度、計(jì)算自由空間體積與樣品內(nèi)部等效孔隙體積的比值、計(jì)算任意時(shí)刻吸附到基質(zhì)中的氣體量與總吸附量的比值以及計(jì)算基質(zhì)滲透率幾部分，具體過(guò)程如下：（1）計(jì)算煤樣孔隙度根據(jù)采集的壓力、溫度數(shù)據(jù)計(jì)算煤樣自由空間體積，見(jiàn)表達(dá)式(1)。Vf=-Vr|r-r|/|s-s（zrVf=-Vr|r-r|/|s-s式中：Vf——煤樣自由空間體積，單位為立方厘米(cm3)；Vr——參考缸體積，單位為立方厘米(cm3)；1——參考缸平衡前壓力，單位為兆帕(MPa)；2——參考缸平衡后壓力，單位為兆帕(MPa)；1——樣品缸平衡前壓力，單位為兆帕(MPa)；2——樣品缸平衡后壓力，單位為兆帕(MPa)；1——參考缸平衡前溫度，單位為開(K)；Tr2——參考缸平衡后溫度，單位為開(K)；1——樣品缸平衡前溫度，單位為開(K)；2——樣品缸平衡后溫度，單位為開(K)；zr1——參考缸平衡前壓縮因子，無(wú)量綱；zr2——參考缸平衡后壓縮因子，無(wú)量綱；zs1——樣品缸平衡前壓縮因子，無(wú)量綱；zs2——樣品缸平衡后壓縮因子，無(wú)量綱。煤樣體積見(jiàn)表達(dá)式(2)所示。csfcsf式中：Vc——煤樣骨架體積，單位為立方厘米(cm3)；Vs——樣品缸體積，單位為立方厘米(cm3)。煤樣的孔隙度由表達(dá)式(3)所示。φ=1-式中：Vb——煤樣的表觀體積，單位為立方厘米(cm3)；φ——煤樣的孔隙度，無(wú)量綱；（2）計(jì)算基質(zhì)滲透率1．閥門接通瞬間樣品腔和參考腔中氣體的平均密度根據(jù)采集的參考缸、樣品缸的平衡壓力及溫度，利用式(4)(5)(6)(7)計(jì)算閥門接通瞬間樣品腔和參考腔中氣體的平均密度PMzRTpr0=PMzRTr1r1PMzRTp0=sPMzRTs1s1Vr+Vs-Vb式中：Mg——當(dāng)氦氣的摩爾質(zhì)量，單位為克每摩爾(g/mol)；R——理想氣體常數(shù)，單位為焦耳每摩爾每開爾文(J/(mol.K));pr0——初始時(shí)刻參考腔的氣體的平均密度，單位為克每立方厘米(g/cm3)；p0——初始時(shí)刻樣品腔中氣體的平均密度，單位為克每立方厘米(g/cm3)；(4)(5)(6)pc0——閥門接通瞬間樣品腔和參考腔中氣體的平均密度，單位為克每立方厘米(g/cm3)；2.計(jì)算自由空間體積與樣品內(nèi)部等效孔隙體積的比值利用式(7)計(jì)算自由空間體積Vcf與樣品內(nèi)部等效孔隙體積的比值。(7)Kc(7)式中：M——樣品質(zhì)量，單位為克(g)；pb——樣品表觀密度，單位為克每立方厘米(g/cm3)；=Vr+Vs-Vb——自由空間體積，即參考腔和樣品腔中除顆粒外的體積，單位為立方厘米(cm3)；由表達(dá)式(7)和(8)，計(jì)算a1(8)(8)a1其中，a1——無(wú)量綱參數(shù)。3．計(jì)算任意時(shí)刻吸附到基質(zhì)中的氣體量與總吸附量的比值根據(jù)采集的參考缸、樣品缸的平衡壓力及溫度，利用式(4)(5)(6)(7)計(jì)算已經(jīng)吸附到基質(zhì)中的氣體的物質(zhì)的量與總吸附到基質(zhì)中的物質(zhì)的量的比值p(t)=P(t)Mgz(P,T)RT(t)RF=1-(Kc+1)(pc0-p)Rpc0-p0式中：P(t)(9)(10)p(t)——實(shí)驗(yàn)測(cè)試t時(shí)刻參考缸和樣品缸內(nèi)的氣體密度，單位為克每立方厘米(g/cm3)；z(P,T)——實(shí)驗(yàn)測(cè)試t時(shí)刻參考缸和樣品缸內(nèi)的氣體壓縮因子，無(wú)量綱；FR——實(shí)驗(yàn)測(cè)試t時(shí)刻已經(jīng)吸附到基質(zhì)中的氣體的量與總吸附量的比值，無(wú)量綱；將表達(dá)式(10)的FR數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)ln(FR)，并選取中間直線段進(jìn)行擬合，得到斜率s1，單位秒分之一(1/s)。ln(FR)=f0-s1t(11)4．計(jì)算基質(zhì)滲透率由表達(dá)式(13)計(jì)算基質(zhì)滲透率。cg=-k=Rgs11a1(12)(13)式中：cg——?dú)怏w壓縮系數(shù)，單位為帕分之一(1/Pa);Ra——基質(zhì)顆粒的半徑，單位為毫米(mm)；μ——?dú)怏w動(dòng)力粘度，單位為帕秒(Pa.s);k——基質(zhì)滲透率，單位平方米(