CN103207137A

CN103207137A - 全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置

Info

Publication number: CN103207137A
Application number: CN2013101206647A
Authority: CN
Inventors: 徐卫亚; 贾朝军; 王如宾; 张久长; 张强; 顾锦健; 王欣; 俞隽
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明公开了一种全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置，包括围压控制装置、岩心压力室、下游储气瓶、上游储气瓶、气压加载装置、上游气压记录表、下游气压记录表、上下游气压差记录表和计算机。本发明所需要测量的物理量少，操作简单；实现了对渗透率、孔隙度在复杂应力下的动态测量，对于渗透率低于10^-17m²，孔隙度小于1.5%的致密岩石的测量时间短，精度高；实现了对试验数据的自动记录，试验结果更精确并提高了试验效率；得到不同压力下的试验数据，用以一次性计算渗透率、孔隙度。

Description

全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置

技术领域

本发明涉及一种全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置。

背景技术

在地下能源储备、核废料存储、石油勘探开发等方面，对于岩石渗透率、孔隙度的研究一直是一个难点，特别是渗透率低于10^-17m²，孔隙度小于1.5%的致密岩石的研究国内才刚刚起步。随着地下资源的开发已由浅部转入深部岩层开采，以及在复杂地质条件地区修建水电站，开凿隧道等。都面临着复杂应力条件下的工程设计、施工及渗流条件下的长期稳定性问题。因此迫切需要研制一种快速高效的测量致密岩石渗透率、孔隙度的装置。

目前对渗透率、孔隙度的测量多采用单一的方法及设备，如采用渗透仪测量渗透率，用孔隙度仪测量孔隙度，一套设备只能测量一个参数，且不能完成岩石在复杂应力条件下渗透率、孔隙度在大范围变化的测量。对致密岩石的测量更面临测量时间长，精度不高等问题。既浪费了时间，又由于岩石加卸载的影响，使测出的渗透率、孔隙度随应力的动态变化规律不准确。同时现有的设备都采用人工记录的方式，耗时耗力，而且由于工作人员的疏忽，带来测量的错误。

为了克服传统岩石渗透率、孔隙度测量中测量结果单一，不能同时测量渗透率、孔隙度，即使少数设备可以，测量的物理量多，实用性不强；不能测量渗透率、孔隙度随着压力状态、温度的动态变化规律，更不能自动记录测量结果；对致密岩石测量的精度不高，时间较长。

因此，需要一种全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中对致密岩石渗透率和孔隙度的测量方法存在的问题，提供一种可以有效的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置采用如下技术方案：

一种全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置，包括围压控制装置、岩心压力室、下游储气瓶、上游储气瓶、气压加载装置、上游气压记录表、下游气压记录表、上下游气压差记录表和计算机，所述围压控制装置连通所述岩心压力室，所述岩心压力室的上端和下端分别连通所述下游储气瓶和上游储气瓶，所述岩心压力室的上端和所述下游储气瓶形成下游气路，所述岩心压力室的下端和所述上游储气瓶形成上游气路，所述岩心压力室和所述下游储气瓶之间设置有所述下游气压记录表，所述岩心压力室和所述上游储气瓶之间设置有所述上游气压记录表，所述下游储气瓶和上游储气瓶之间设置有所述上下游气压差记录表，所述上游气压记录表、下游气压记录表和上下游气压差记录表均连接所述计算机，所述下游储气瓶和上游储气瓶均连通所述气压加载装置，所述下游储气瓶和所述气压加载装置之间设置有阀门，所述上游储气瓶和所述气压加载装置之间设置有阀门。

更进一步的，所述围压控制装置为液压泵。

更进一步的，所述气压加载装置为储气瓶。储气瓶中存储有高纯度氩气。

更进一步的，所述气压加载装置的出口处设置有阀门。

更进一步的，所述上游储气瓶和下游储气瓶的两端均设置有阀门

有益效果：本发明的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置操作简单；能够实现对渗透率、孔隙度在复杂应力下的动态测量，对于渗透率低于10^-17m²，孔隙度小于1.5%的致密岩石的测量时间短，精度高；可以对试验数据自动记录，试验结果更精确并提高了试验效率。

附图说明

图1是本发明的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1所示，本发明的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置，包括围压控制装置1、岩心压力室2、下游储气瓶3、上游储气瓶4、气压加载装置5、上游气压记录表6、下游气压记录表7、上下游气压差记录表8、计算机9，以及阀门，管道等。围压控制装置1连通岩心压力室2，岩心压力室2的上端和下端分别连通下游储气瓶3和上游储气瓶4。其中，岩心压力室2的上端和下游储气瓶3形成下游气路，岩心压力室2的下端和上游储气瓶4形成上游气路。下游储气瓶3通过导管连通岩心压力室2的上端，上游储气瓶4通过导管连通岩心压力室2的下端。岩心压力室2和下游储气瓶3之间设置有下游气压记录表6，岩心压力室2和上游储气瓶4之间设置有上游气压记录表7，下游储气瓶3和上游储气瓶4之间设置有上下游气压差记录表8，上游气压记录表6、下游气压记录表7和上下游气压差记录表8均连接计算机9。下游储气瓶3和上游储气瓶4均连通气压加载装置5，下游储气瓶3和气压加载装置5之间设置有阀门，上游储气瓶4和气压加载装置5之间设置有阀门。其中，围压控制装置1为液压泵，气压加载装置5为储气瓶。储气瓶中存储有高纯度氩气。

具体的，液压泵通过橡胶软管连接到岩心压力室2；岩心压力室2的下端与上游储气瓶4连接，上端与下游储气瓶3连接；气压加载装置5分别通过钢制管道和阀门与上游储气瓶4和下游储气瓶3互联；在上游储气瓶4和下游储气瓶3与岩心压力室2之间分别安装着上游气压记录表6和下游气压记录表7，上游储气瓶4和下游储气瓶3之间安装有上下游气压差记录表8；上游气压记录表6、下游气压记录表7、上下游气压差记录表8都与计算机9相连。

岩心压力室2通过围压控制装置1加载围压并可以实现对围压的控制,储气瓶通过三通装置连接至上下游的管道提供整个。装置的气源；其中上游储气瓶4通过钢制管道与岩心压力室2的底端相连提供第1气路，下游储气瓶3通过钢制管道与岩心压力室2的上端相连提供第2气路；岩心置于岩心压力室2中，岩心底端与第1气路相通，顶端与第2气路相通；计算机9中装有数据采集卡和程序实现对试验记录数据的自动采集。

请参阅图1所示，具体的方法如下：

1）、按照如上所述的方式连接好装置各部件，将岩心置于岩心压力室2中；

2）、保持上游储气瓶4打开，下游储气瓶3关闭状态；

3）、打开液压泵为岩心压力室2加围压直至设定值，关闭液压泵阀门；

4）、打开储气瓶阀门，打开第1气路的阀门和第2气路的阀门，向两个气路里面冲入气体，使得上游气压记录表6和下游气压记录表7读数相同并等于设定值；

5）、保持整个装置在步骤4）的连通状态五分钟后增加上游气压值至设定值；

6）、利用计算机9每隔预定时间间隔记录上下游气压差记录表8读数、上游气压记录表6读数和下游气压记录表7读数；

7）、打开液压泵为岩心压力室2加压到另一设定值；

8）、重复4～7步骤直至满足试验要求；

9）、利用试验记录的数据计算渗透率、孔隙度。

致密岩石的渗透率采用下式计算得到：

P₁-P₂＝ΔPexp(-ct)，其中，k为岩心渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)，L为试样高度(m)，V₁和V₂分别为岩心上下端导管及储气瓶的体积(m³),P_f为压力稳定后试样两端的平均压力(MPa)，P₀为试验开始时岩心两端的气压(MPa)，△P为脉冲压力(MPa)，P₁和P₂分别为脉冲试验过程中,t时刻岩心上下两端压力值(MPa)。从公式可以看出，所涉及的参数只有k为未知，因此可以计算出渗透率的值。

致密岩石的孔隙度采用下式计算得到：

A＝p_1iV₁Z_1i+p_2iV₂Z_2i，B＝p_1iZ_1i+p_2iZ_2i，其中V₁和V₂分别为岩心上下端导管及储气瓶的体积(m³),P_1j和P_2j分别为脉冲试验过程中t时刻岩心上下两端压力值(MPa)，n为试验点的个数，Z_1j和Z_2j分别为上下游气路中气体偏差因子。为了让测量结果更精确，要保证上游气体体积要大于下游气体体积，因此保持上游储气瓶打开，下游储气瓶关闭的状态。

因此测量同一组数据就可以完成渗透率、孔隙度的计算，同时随着围压的不同，渗透率、孔隙度的值也是动态变化的，其变化规律通过装置的测量结果也可以表示出来。

Claims

1.一种全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置，其特征在于，包括围压控制装置（1）、岩心压力室（2）、下游储气瓶（3）、上游储气瓶（4）、气压加载装置（5）、上游气压记录表（6）、下游气压记录表（7）、上下游气压差记录表（8）和计算机（9），所述围压控制装置（1）连通所述岩心压力室（2），所述岩心压力室（2）的上端和下端分别连通所述下游储气瓶（3）和上游储气瓶（4），所述岩心压力室（2）的上端和所述下游储气瓶（3）形成下游气路，所述岩心压力室（2）的下端和所述上游储气瓶（4）形成上游气路，所述岩心压力室（2）和所述下游储气瓶（3）之间设置有所述下游气压记录表（6），所述岩心压力室（2）和所述上游储气瓶（4）之间设置有所述上游气压记录表（7），所述下游储气瓶（3）和上游储气瓶（4）之间设置有所述上下游气压差记录表（8），所述上游气压记录表（6）、下游气压记录表（7）和上下游气压差记录表（8）均连接所述计算机（9），所述下游储气瓶（3）和上游储气瓶（4）均连通所述气压加载装置（5），所述下游储气瓶（3）和所述气压加载装置（5）之间设置有阀门，所述上游储气瓶（4）和所述气压加载装置（5）之间设置有阀门。

2.如权利要求1所述的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置，其特征在于，所述围压控制装置（1）为液压泵。

3.如权利要求1所述的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置，其特征在于，所述气压加载装置（5）为储气瓶。

4.如权利要求1所述的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置，其特征在于，所述气压加载装置（5）的出口处设置有阀门。

5.如权利要求1所述的全自动测定动态围压下致密岩石渗透率和孔隙度的装置，其特征在于，所述上游储气瓶（3）和下游储气瓶（4）的两端均设置有阀门。