CN101995373B - 一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法及装置。其步骤：A、将被测试件放入夹持器中；B、关闭上游控制阀和放空阀，打开连通阀、下游控制阀和调压控制阀；C、待装置处于真空状态稳定后，关闭下游控制阀；D、进行围压分级加载或卸载实验；E、打开放空阀，将调压控制器调0，孔隙体积变化量测量结束。调压控制器主要由前固定套管、后固定套管、活动套管、滑头、滑块、丝杆、转头和旋杆组成，后固定套管上设主尺刻度，活动套管上设分尺刻度，用作体积差量读数。本发明操作简单、读数方便、性能稳定、测量可靠，适用于复杂应力变化条件下，多孔介质材料孔隙体积大范围变化的快速、连续、精确、直观测量。

Description

一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及岩石类多孔介质材料的孔隙性测量技术，更具体的涉及一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法，同时还涉及一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，适用于在大范围应力（如围压应力、温度应力）变化条件下，多孔介质孔隙体积在大范围内变化的连续、快速、精确测量及直接读数。

背景技术

孔隙性是孔隙和裂隙等多孔介质材料的一种重要性质。近年来，由于油气地下储存、CO₂咸水层封存、地下水蓄能工程等的安全性评价，需要研究此类工程储盖层等在循环荷载作用下变形破坏过程中的孔隙性变化规律，也即多孔介质在循环应力加载条件下孔隙体积的变化规律。目前多采用气体法及玻马定律测量多孔介质的孔隙度，通过孔隙度差值来表征孔隙体积的变化量，且传统测试过程中孔隙压力基本限制在1MPa以内。该传统方法及装置已不适用于低孔隙度、高孔隙压的深埋储盖层孔隙性变化规律的研究，且传统方法操作复杂、误差大、读数不便，原因是：1、此类工程储盖层内为地下水渗流，传统方法采用气体作为流体介质并不能代表实际情况；2、此类工程储盖层内地下水处于较高孔隙压状态下，传统方法气体孔隙压较低，不能模拟真实应力条件，误差大；3、此类工程储盖层在循环荷载作用下变形破坏过程迅速、孔隙性变化范围广，传统方法测试复杂，周期长，测量范围小，测试结果需要经过繁琐的换算，不能直接读数，无法满足测试时效性，造成测试结果适用性不大。

研究此类工程储盖层在大范围应力（如上覆荷载、温度变化、化学作用等）变化条件下孔隙性的变化规律，对多孔介质孔隙体积变化量的测量装置也提出了很高的要求：1、能够测量微小变化（小至μL量级），因为低孔隙性多孔介质弹性变形时，孔隙体积变化很小；2、量程要足够大，因为变形破坏时，多孔介质材料孔隙体积变化幅度可达5个量级（如1μL~10mL）；3、快速测量，直接读数，因为材料变形破坏过程的时间效应明显；4、能够施加高孔隙压力，再现工程围岩孔隙压力条件（达40MPa）和上覆压力条件（达70MPa）。  

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法，采用等压体积差量法连续、快速、直接、精确测量多孔介质材料孔隙体积变化量，该方法采用水作为渗流介质更符合实际情况。

本发明的另一目的是在于提供了一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，该装置设计的调压控制器可快速、直接读取孔隙体积变化量的值。所设计的调压控制器结构简单、读数方便、稳定性好、可操作性强、测量效率及精度高，各零部件经久耐用，不易耗损，经济性强、实用性强，具有广泛的应用前景。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

为了克服传统气体测孔隙度的方法及装置不能快速直接测量低孔隙度、高孔隙压、大范围应力变化条件下多孔介质孔隙体积变化量的缺点和不足，有必要设计一种采用等压体积差量法连续、快速、直接、精确测量多孔介质材料孔隙体积变化量的方法及装置，用于解决高孔隙压条件（高达40MPa）、大范围孔隙体积变化条件（0.001~10mL）下，快速测量和直接读数的技术问题，为研究大范围循环应力荷载下低渗透储盖层岩石在变形破坏过程中的大范围孔隙性变化规律提供试验手段和技术支持。

一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法，其步骤为：

1)将被测试件放入夹持器中，整个测量装置放置于恒温浴中，开启恒温浴并设定恒温温度并记录温度读数T₀，即为初始温度，待温度稳定后，通过围压控制阀的端口注油加载围压应力，记录围压压力计的读数Pc₀，即为被测试件的初始围压应力。

2）关闭上游控制阀和放空阀，打开连通阀、下游控制阀和调压控制阀，将调压控制器读数调0，即活动套管53分尺0刻度线与后固定套管52主尺0刻度线重合，通过下游控制阀的端口连接真空设备并给整个测量装置抽真空。

3）待整个测量装置处于真空状态稳定后，关闭下游控制阀，通过上游控制阀的端口注水加载孔隙压应力，记录上游压力计的读数Pu₀，即为被测试件的初始孔隙压应力，待整个测量装置压力稳定后，关闭上游控制阀。

4）进行围压分级加载或卸载实验

A、进行围压分级加载实验步骤为：

通过围压控制阀的端口注油分级加载围压，孔隙体积减小，孔隙压应力增大，记录第一级围压加载稳定后的围压压力计读数Pc₁，同时记录第一级围压加载稳定后的上游压力计读数Pu₁，然后正向转动旋杆，缓慢调节调压控制器的活动套管向右旋转滑动，释放孔隙水直至孔隙压力从Pu₁恢复至初始值Pu₀，即停止转动，记录此时调压控制器的固定套管主尺刻度值V₁和活动套管分尺刻度值V₁’，则ΔV₁=V₁-V₁’即为第一级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量，同上述操作，第二级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV₂=V₂-V₂’-ΔV₁，以此类推，第i级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV_i=V_i-V_i’-ΔV_i-1（i=2,3,…,n），其中，ΔV_i读数为负值表示被测试件孔隙压缩体积减小。

B、进行围压分级卸载实验步骤为：

通过围压控制阀的端口排油分级卸载围压，孔隙体积增大，孔隙压应力减小，记录第一级围压卸载稳定后的围压压力计读数Pc₁，同时记录第一级围压卸载稳定后的上游压力计读数Pu₁，然后负向转动旋杆，缓慢调节调压控制器的活动套管向左旋转滑动，补充孔隙水直至孔隙压力从Pu₁恢复至初始值Pu₀，即停止转动，记录此时调压控制器的固定套管主尺刻度值V₁和活动套管分尺刻度值V₁’，则ΔV₁=V₁-V₁’即为第一级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量，同上述操作，第二级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV₂=V₂-V₂’-ΔV₁，以此类推，第j级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV_j=V_j-V_j’-ΔV_j-1（j=2,3,…,n），其中，ΔV_j读数为正值表示被测试件孔隙膨胀体积增大。

5）打开放空阀，将调压控制器调0，通过围压控制阀注油或排油将围压恢复至初始值Pc₀，该孔隙体积变化量测量实验结束。

一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，包括夹持器、围压压力计、上游压力计、下游压力计、调压控制器、连通阀、上游控制阀、下游控制阀、调压控制阀、放空阀、围压控制阀和恒温浴。

被测试件置于夹持器中，围压控制阀连接在夹持器的围压端，夹持器的围压端连接有围压压力计，上游压力计和下游压力计分别连接在夹持器的上下游处，连通阀连接夹持器的上下游，用于闭合或断开上下游，上游控制阀和下游控制阀分别连接在夹持器的上下游两端。

调压控制器通过调压控制阀连接在夹持器的上游处，调压控制器还连接放空阀。

调压控制器包括前固定套管、后固定套管、活动套管、滑头、滑块、丝杆、转头、旋转旋杆，其中：

后固定套管前半部分通过螺纹连接固定在前固定套管后半部分上，活动套管套在后固定套管上，活动套管在后固定套管后半部分的外表面上自由往复滑动，滑头通过螺纹连接固定在滑块前端，滑块后端通过螺纹连接固定在丝杆前端，滑头和滑块在前固定套管内，滑头和滑块在前固定套管内自由往复滑动，丝杆通过螺纹连接在后固定套管内，丝杆在后固定套管内通过螺纹旋转往复运动，丝杆尾部穿过活动套管后端并通过螺纹连接转头，转头通过螺栓固定在活动套管后端上，同时固定在丝杆尾部上，旋杆通过螺纹连接固定在转头的侧面呈十字对称分布，旋转旋杆带动转头、丝杆和活动套管一起旋转往复运动。

夹持器、围压压力计、上游压力计、下游压力计、调压控制器、连通阀、上游控制阀、下游控制阀、调压控制阀、放空阀、围压控制阀全部放置于恒温浴中，确保测试装置在测试过程中处于恒温条件下。

所述的调压控制器的滑头上嵌置高压密封圈和磨损圈，用作高压及旋转往复运动时完全密封。

所述的后固定套管后半部分外表面设主尺刻度，所述的活动套管前端口环形外表面一圈设分尺刻度。

主尺刻度设有十一个刻度值，主尺0刻度线左边为正刻度值，由右往左为1，2，3，4，5，右边为负刻度值，由左往右为-1，-2，-3，-4，-5，每相临主尺刻度值之间有9个分刻度线将间距分成10等分，主尺分刻度精度为0.1，单位为mL，主尺量程为-5~5mL。

分尺刻度设有十个刻度值，分布在活动套管端口处一圈，分尺刻度均为正刻度值，分别为0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，每相临分尺刻度值之间有9个分刻度线将间距分成10等分，分尺分刻度精度为0.001，单位为mL，分尺量程为0~0.1mL。

调压控制器的丝杆利用螺旋放大原理，即丝杆和活动套管每旋转一周，可前进或后退一个螺距（螺距已知），通过标定可知一个螺距所表征的体积差量。后固定套管后半部分外表面处的主尺刻度和活动套管前端口处的分尺刻度，通过体积标定可标出主尺和分尺的刻度线及刻度值，此处主尺刻度线的0刻度线设置在后固定套管后半部分中间处，主尺上共设有十一个主尺刻度值（包含0刻度值），主尺0刻度线左边为正刻度值（由右往左为1，2，3，4，5），右边为负刻度值（由左往右为-1，-2，-3，-4，-5），每相临主尺刻度值之间有九个分刻度线将间距分成十等分，表明主尺分刻度精度为0.1，单位为mL，主尺量程为-5~5mL，此处分尺刻度线的0刻度线通过标定定位设置，分尺上共设有十个分尺刻度值（包含0刻度值）分布在活动套管端口处一圈，分尺刻度均为正刻度值（正向旋转一周为0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09），每相临分尺刻度值之间有九个分刻度线将间距分成十等分，分尺分刻度精度为0.001，单位为mL，分尺量程为0~0.1mL，分尺旋转一周为0.1mL，也即丝杆和活动套管每旋转一周，补充或释放0.1mL的孔隙水，此处被测试件孔隙体积变化量ΔV的读数即为后固定套管主尺刻度值V-活动套管分尺刻度值V’，可见读数快速直接。

通过以上方案及措施设计的多孔介质孔隙体积变化量的测量方法及装置，本发明有效解决了传统方法及装置不能测量低孔隙性、高孔隙压、大范围孔隙体积变化条件下多孔介质孔隙性变化的问题，同时解决了传统方法及装置不能连续、快速、精确、直接读取多孔介质孔隙体积变化量的问题，效果显著。

本发明工作原理：  

本发明设计的多孔介质孔隙体积变化量的测量方法及装置采用等压体积差量法，利用同等温度条件下，水的压缩性几乎为0的特点，将水作为流体介质，根据定体积罐内水体积的变化引起罐内压力的相应变化（水体积增加引起压力增加，水体积减少引起压力减小），通过调节被测试件内孔隙水的体积来调节孔隙压，反之，要控制孔隙压只需调节孔隙水的体积量，而被测试件经过孔隙水饱和处理，所以孔隙水的体积等同孔隙体积，也即孔隙体积的变化量等同孔隙水体积的变化量，所以通过测量孔隙水体积的变化量即可获得孔隙体积的变化量，同时利用水为流体介质代替传统的气体介质，更符合工程实际；本发明设计的调压控制器，即通过高精度丝杆在后固定套管内螺旋转动，带动滑块和滑头在前固定套管内沿内壁滑动，同时带动活动套管在后固定套管上沿外壁滑动，以精确调节孔隙水压力，同时可直接读取孔隙水体积差量；本发明设计的调压控制器丝杆是利用螺旋放大原理，即高精度丝杆每旋转一周可前进或后退1个螺距（此处为1mm），同时带动滑头和滑块以及活动套管前移或后退1个螺距，根据设计可标定1个螺距所代表的体积差量（此处为0.1mL），以此类推，此处最小可推进0.001mL，最大可推进到满量程10mL，这也是孔隙水体积差量的测量范围。本发明设计的调压控制器读取孔隙水体积差量是通过读取后固定套管上的主尺读数V-活动套管上的分尺读数V’来计量的。具体的说，围压加载时，被测试件内孔隙水压增加，孔隙体积减小，正向转动调压控制器旋杆，释放孔隙水体积差量，使得孔隙水压降至初始值，此时读取的体积差量为负值表示孔隙体积减小的量；反之，围压卸载时，被测试件内孔隙水压下降，孔隙体积增大，负向转动调压控制器旋杆，补充孔隙水体积差量，使得孔隙水压升至初始值，此时读取的体积差量为正值表示孔隙体积增加的量，以此来达到测量多孔介质孔隙体积变化量的目的。

整个测量过程实现了在不影响测试整体性、时效性和操作连续性条件下，完成围压应力或温度应力分级加卸载条件下，被测试件在每一级加卸载时的孔隙体积变化量的快速测量和直观读取。

本发明具有以下优点和积极效果：

1)      本发明采用等压体积差量法，采用水作为渗透介质，水认为是刚性的，在常温常压下不可压缩，调节孔隙水体积差量来控制孔隙水压力，可以满足测量更高精度的要求，而且更符合工程实际。

2)      本发明设计的测量装置可施加高孔隙压，可以满足测量更低孔隙性、更高孔隙压条件下的要求，满足深部储盖层的测量需求。

3)      本发明设计的调压控制器体积差量量程设计为0~10ml，精度为0.001ml，因此孔隙水体积差量可以在5个量级范围内精确调节和控制，可以满足大量程测量的要求，也即可以满足被测试件在大范围应力变化条件下孔隙体积大范围变化的测量要求。

4)      本发明设计的调压控制器读取孔隙体积变化量是通过后固定套管上的主尺刻度值V减去活动套管上的分尺刻度V’即为所测孔隙体积差量，精度在0.001mL，可以实时、直观、快速读数，省时方便，精度高，误差小，稳定性好。

5)      本发明设计的测量装置，结构简单、上下对称、稳定性强、可靠性高，所需的构件及材料不易耗损，经久耐用，经济实惠，降低了试验成本和复杂性，提高了试验可操作性，且利于推广使用。

6)      本发明的试验原理成熟、直观，调压控制器丝杆精度高、效率高、稳定性好、易于装配和操作、实验过程中无需拆卸。

总之，本发明用于多孔介质材料在大范围应力变化条件下，其孔隙体积变化规律的快速有效测量，实现了高孔隙压条件（高达40MPa）、大范围孔隙体积变化条件（0.001~10mL）下，快速测量和直接读数的功能效果，克服了传统气体测孔隙度法不能测低孔隙度、高孔隙压、大范围变化规律以及时效性无法满足的不足，提供了一种测量孔隙水体积差量的测量装置及直接读数的调压控制器。为研究大范围循环应力荷载下低渗透储盖层岩石在变形破坏过程中的大范围孔隙性变化规律提供试验手段和技术支持。

附图说明

图1为一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置示意图；

图2为调压控制器的结构示意图。

其中：

1-夹持器，1a-被测试件，2—围压压力计；3—上游压力计；4—下游压力计；

5—调压控制器，51—前固定套管，52—后固定套管，53—活动套管，54—滑头，541-磨损圈，542-密封圈，55—滑块，56—丝杆，57—转头，58—旋杆；6—连通阀；7—上游控制阀；8—下游控制阀；9—调压控制阀；10—放空阀；11—围压控制阀；12—恒温浴。

具体实施方式

下面结合附图和实施示例对本发明进一步说明。

实施例1：

一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法，其步骤如下：

1)根据图1可知，将被测试件1a放入夹持器1中，整个测量装置放置于恒温浴12中，开启恒温浴12并设定恒温温度并记录温度读数T₀（T₀略高于室温，此处为20-60℃），即为初始温度，待温度稳定后，通过围压控制阀11的端口注油加载围压应力，记录围压压力计2的读数Pc₀（Pc₀高于孔隙压应力，此处为1~70MPa），即为被测试件的初始围压应力。

2）关闭上游控制阀7和调压放空阀10，打开连通阀6、下游控制阀8和调压控制阀9，将调压控制器5读数调0（即活动套管53分尺0刻度线与后固定套管52主尺0刻度线重合），通过下游控制阀8的端口连接真空设备并给整个测量装置抽真空。

3）待整个测量装置处于真空状态稳定后，关闭下游控制阀8，通过上游控制阀7的端口注水加载孔隙压应力，记录上游压力计3的读数Pu₀（Pu₀高于1个大气压，此处为0.1~40MPa），即为被测试件初始孔隙压应力。

4）根据图2可知，待整个测量装置压力稳定后，关闭上游控制阀7，a)进行围压分级加载实验时，通过围压控制阀11的端口注油分级加载围压，孔隙体积减小，孔隙压应力增大，记录第一级围压加载稳定后的围压压力计2读数Pc₁，同时记录第一级围压加载稳定后的上游压力计3读数Pu₁，然后正向转动旋杆，缓慢调节调压控制器5的活动套管53向右旋转滑动，释放孔隙水直至孔隙压力从Pu₁恢复至初始值Pu₀，即停止转动，记录此时调压控制器5的固定套管52主尺刻度值V₁和活动套管53分尺刻度值V₁’，则ΔV₁=V₁-V₁’即为第一级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量，同上述操作，第二级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV₂=V₂-V₂’-ΔV₁，以此类推，第i级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV_i=V_i-V_i’-ΔV_i-1（i=2,3,…,n），其中，ΔV_i读数为负值表示被测试件孔隙压缩体积减小；b)进行围压分级卸载实验时，通过围压控制阀11的端口排油分级卸载围压，孔隙体积增大，孔隙压应力减小，记录第一级围压卸载稳定后的围压压力计2读数Pc₁，同时记录第一级围压卸载稳定后的上游压力计3读数Pu₁，然后负向转动旋杆，缓慢调节调压控制器5的活动套管53向左旋转滑动，补充孔隙水直至孔隙压力从Pu₁恢复至初始值Pu₀，即停止转动，记录此时调压控制器5的固定套管52主尺刻度值V₁和活动套管53分尺刻度值V₁’，则ΔV₁=V₁-V₁’即为第一级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量，同上述操作，第二级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV₂=V₂-V₂’-ΔV₁，以此类推，第j级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV_j=V_j-V_j’-ΔV_j-1（j=2,3,…,n），其中，ΔV_j读数为正值表示被测试件孔隙膨胀体积增大。

5）打开放空阀10，将调压控制器5调0，通过围压控制阀11注油或排油将围压恢复至初始值Pc₀，该孔隙体积变化量测量实验结束。由上述实验步骤所测得的一系列孔隙体积变化量数据，经过分析，得到该被测试件在围压应力加/卸载过程中，其孔隙体积的变化规律，从而评价该岩层在应力变化条件下的孔隙性变化规律。

实施例2：

根据图1可知，一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，包括夹持器1、围压压力计2、上游压力计3、下游压力计4、调压控制器5、连通阀6、上游控制阀7、下游控制阀8、调压控制阀9、放空阀10、围压控制阀11和恒温浴12。

被测试件1a置于夹持器1中，围压控制阀11连接在夹持器1的围压端，夹持器1的围压端连接有围压压力计2，上游压力计3和下游压力计4分别连接在夹持器1的上下游处，连通阀6连接夹持器1的上下游，用于闭合或断开上下游，上游控制阀7和下游控制阀8分别连接在夹持器1的上下游两端。

调压控制器5通过调压控制阀9连接在夹持器1的上游处，调压控制器5还连接放空阀10。

根据图2可知，调压控制器5包括前固定套管51、后固定套管52、活动套管53、滑头54、滑块55、丝杆56、转头57、旋转旋杆58，其中：

后固定套管52前半部分通过螺纹连接固定在前固定套管51后半部分上，活动套管53套在后固定套管52上，活动套管53在后固定套管52后半部分的外表面上自由往复滑动，滑头54通过螺纹连接固定在滑块55前端，滑块55后端通过螺纹连接固定在丝杆56前端，滑头54和滑块55在前固定套管51内，滑头54和滑块55在前固定套管51内自由往复滑动，丝杆56通过螺纹连接在后固定套管52内，丝杆56在后固定套管52内通过螺纹旋转往复运动，丝杆56尾部穿过活动套管53后端并通过螺纹连接转头57，转头57通过螺栓固定在活动套管53后端上，同时固定在丝杆56尾部上，旋杆58通过螺纹连接固定在转头57的侧面呈十字对称分布，旋转旋杆58带动转头57、丝杆56和活动套管53一起旋转往复运动。

夹持器1、围压压力计2、上游压力计3、下游压力计4、调压控制器5、连通阀6、上游控制阀7、下游控制阀8、调压控制阀9、放空阀10、围压控制阀11全部放置于恒温浴12中，确保测试装置在测试过程中处于恒温条件下。

所述的调压控制器5的滑头54上嵌置高压密封圈542和磨损圈541，用作高压及旋转往复运动时完全密封。

所述的后固定套管52后半部分外表面设主尺刻度，所述的活动套管53前端口环形外表面一圈设分尺刻度。

所述的主尺刻度设有11个刻度值，主尺0刻度线左边为正刻度值，由右往左为1，2，3，4，5，右边为负刻度值，由左往右为-1，-2，-3，-4，-5，每相临主尺刻度值之间有9个分刻度线将间距分成10等分，主尺分刻度精度为0.1，单位为mL，主尺量程为-5~5mL。

所述的分尺刻度设有10个刻度值，分布在活动套管53端口处一圈，分尺刻度均为正刻度值，分别为0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，每相临分尺刻度值之间有9个分刻度线将间距分成10等分，分尺分刻度精度为0.001，单位为mL，分尺量程为0~0.1mL。

所述的调压控制器5的丝杆56利用螺旋放大原理，即丝杆56和活动套管53每旋转1周，可前进或后退1个螺距（螺距已知），通过标定可知1个螺距所表征的体积差量。后固定套管52后半部分外表面处的主尺刻度和活动套管53前端口处的分尺刻度，通过体积标定可标出主尺和分尺的刻度线及刻度值，此处主尺刻度线的0刻度线设置在后固定套管52后半部分中间处，主尺上共设有11个主尺刻度值（包含0刻度值），主尺0刻度线左边为正刻度值（由右往左为1，2，3，4，5），右边为负刻度值（由左往右为-1，-2，-3，-4，-5），每相临主尺刻度值之间有9个分刻度线将间距分成10等分，表明主尺分刻度精度为0.1，单位为mL，主尺量程为-5~5mL，此处分尺刻度线的0刻度线通过标定定位设置，分尺上共设有10个分尺刻度值（包含0刻度值）分布在活动套管53端口处一圈，分尺刻度均为正刻度值（正向旋转一周为0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09），每相临分尺刻度值之间有9个分刻度线将间距分成10等分，分尺分刻度精度为0.001，单位为mL，分尺量程为0~0.1mL，分尺旋转1周为0.1mL，也即丝杆56和活动套管53每旋转1周，补充或释放0.1mL的孔隙水，此处被测试件孔隙体积变化量ΔV的读数即为后固定套管52主尺刻度值V-活动套管53分尺刻度值V’，可见读数快速直接。

通过以上方案及措施设计的多孔介质孔隙体积变化量的测量方法及装置，本发明有效解决了传统方法及装置不能测量低孔隙性、高孔隙压、大范围孔隙体积变化条件下多孔介质孔隙性变化的问题，同时解决了传统方法及装置不能连续、快速、精确、直接读取多孔介质孔隙体积变化量的问题，效果显著。

Claims (5)

1.一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，包括夹持器(1)、调压控制器(5)，其特征在于：被测试件(1a)置于夹持器(1)中，围压控制阀(11)连接在夹持器(1)的围压端，夹持器(1)的围压端连接有围压压力计(2)，上游压力计(3)和下游压力计(4)分别连接在夹持器(1)的上下游处，连通阀(6)连接夹持器(1)的上下游，上游控制阀(7)和下游控制阀(8)分别连接在夹持器(1)的上下游两端；

所述的调压控制器(5)通过调压控制阀(9)连接在夹持器(1)的上游处，调压控制器(5)连接放空阀(10)；

所述的调压控制器(5)包括前固定套管(51)、后固定套管(52)、活动套管(53)、滑头(54)、滑块(55)、丝杆(56)、转头(57)、旋转旋杆(58)，其中：

后固定套管(52)通过螺纹连接固定在前固定套管(51)上，活动套管(53)套在后固定套管(52)上，滑头(54)通过螺纹连接固定在滑块(55)前端，滑块(55)后端通过螺纹连接固定在丝杆(56)前端，滑头(54)和滑块(55)在前固定套管(51)内，丝杆(56)通过螺纹连接在后固定套管(52)内，丝杆(56)尾部穿过活动套管(53)后端并通过螺纹连接转头(57)，转头(57)通过螺栓固定在活动套管(53)后端上，同时固定在丝杆(56)尾部上，旋杆(58)通过螺纹连接固定在转头(57)的侧面呈十字对称分布，滑头(54)上嵌置高压密封圈(542)和磨损圈(541)；

所述的夹持器(1)、围压压力计(2)、上游压力计(3)、下游压力计(4)、调压控制器(5)、连通阀(6)、上游控制阀(7)、下游控制阀(8)、调压控制阀(9)、放空阀(10)、围压控制阀(11)全部放置于恒温浴(12)中。

2.根据权利要求1所述的一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，其特征在于：所述的后固定套管(52)后半部分外表面设主尺刻度，所述的活动套管(53)前端口环形外表面一圈设分尺刻度。

3.根据权利要求2所述的一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，其特征在于：所述的主尺刻度设有十一个刻度值，主尺0刻度线左边为正刻度值，由右往左为1，2，3，4，5，右边为负刻度值，由左往右为-1，-2，-3，-4，-5，每相临主尺刻度值之间有九个分刻度线将间距分成十等分，主尺分刻度精度为0.1mL，主尺量程为-5～5mL。

4.根据权利要求2所述的一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，其特征在于：所述的分尺刻度设有十个刻度值，分布在活动套管(53)端口处一圈，分尺刻度均为正刻度值，分别为0，0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09，每相临分尺刻度值之间有九个分刻度线将间距分成十等分，分尺分刻度精度为0.001mL，分尺量程为0～0.1mL。

5.一种应用权利要求3或4所述测量装置的多孔介质孔隙体积变化量的测量方法，其步骤为：

A、将被测试件(1a)放入夹持器(1)中，整个测量装置放置于恒温浴(12)中，开启恒温浴(12)并设定恒温温度并记录温度读数T₀，即为初始温度，待温度稳定后，通过围压控制阀(11)的端口注油加载围压应力，记录围压压力计(2)的读数P_c0，即为被测试件(1a)的初始围压应力；

B、关闭上游控制阀(7)和放空阀(10)，打开连通阀(6)、下游控制阀(8)和调压控制阀(9)，将调压控制器(5)读数调0，即活动套管(53)分尺0刻度线与后固定套管(52)主尺0刻度线重合，通过下游控制阀(8)的端口连接真空设备并给整个测量装置抽真空；

C、待装置处于真空状态稳定后，关闭下游控制阀(8)，通过上游控制阀(7)的端口注水加载孔隙压应力，记录上游压力计(3)的读数P_u0，即为被测试件(1a)的初始孔隙压应力，待整个测量装置压力稳定后，关闭上游控制阀(7)；

D、进行围压分级加载或卸载实验：

a、进行围压分级加载实验是：通过围压控制阀(11)的端口注油分级加载围压，孔隙体积减小，孔隙压应力增大，记录第一级围压加载稳定后的围压压力计(2)读数P_Lc1，同时记录第一级围压加载稳定后的上游压力计(3)读数P_Lu1，然后正向转动旋杆，缓慢调节调压控制器(5)的活动套管(53)向右旋转滑动，释放孔隙水直至孔隙压力从P_Lu1恢复至初始值P_u0，即停止转动，记录此时调压控制器(5)的固定套管(52)主尺刻度值V_L1和活动套管(53)分尺刻度值V_L1’，则ΔV_L1＝V_L1-V_L1’即为第一级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量，第二级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV_L2＝V_L2-V_L2’-ΔV_L1，同理，第i级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV_Li＝V_Li-V_Li’-ΔV_Li-1；i＝1，2，3，...n；ΔV_Li读数为负值表示被测试件孔隙压缩体积减小；

b、进行围压分级卸载实验是：通过围压控制阀(11)的端口排油分级卸载围压，孔隙体积增大，孔隙压应力减小，记录第一级围压卸载稳定后的围压压力计(2)读数P_Uc1，同时记录第一级围压卸载稳定后的上游压力计(3)读数P_Uu1，然后负向转动旋杆，调节调压控制器(5)的活动套管(53)向左旋转滑动，补充孔隙水直至孔隙压力从P_Uu1恢复至初始值P_u0，即停止转动，记录此时调压控制器(5)的固定套管(52)主尺刻度值V_U1和活动套管(53)分尺刻度值V_U1’，则ΔV_U1＝V_U1-V_U1’即为第一级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量，第二级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV_U2＝V_U2-V_U2’-ΔV_U1，同理，第j级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔV_Uj＝V_Uj-V_Uj’-ΔV_Uj-1；j＝1，2，3，...n；ΔV_Uj读数为正值表示被测试件孔隙膨胀体积增大；

E、打开放空阀(10)，将调压控制器(5)调0，通过围压控制阀(11)注油或排油将围压恢复至初始值P_c0，该孔隙体积变化量测量实验结束。

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