CN103760085B - 一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置及其试验方法，装置包括油压系统、压力室、压力室密封系统、支架、测量系统密封胶管和水位测量管，其中，油压系统通过胶皮管与压力室连接，且连接口处设有进水口连接螺栓，压力室下部设有出水口，出水口通过胶皮管连接测量系统密封胶管的一端，测量系统密封胶管的另一端连接水位测量管，水位测量管固定于支架上，压力室密封系统填充于压力室和岩石试样之间的空隙中。本发明本装置可进行多种渗透压力条件下的渗透性试验，能够逐级加压，渗透压力能精确控制；本装置可以满足五种尺寸、非标准试样的渗透性试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置及其试验方法。
背景技术
在石油勘探开发过程中，储层的渗透性是进行储层评价的一个重要参数。储层渗透率评价对正确认识储层特性、确定油气井产能以及进行开发方案设计和调整工作具有重要意义。渗透率在水文地质中是一个非常重要的概念，裂隙岩体渗透率确定的正确与否直接关系到裂隙岩体渗流分析结果的可靠性。
从目前研究看，岩体水力学渗透率的确定有三种方法，一是野外几何测量方法；二是野外提(压)水试验方法；三是数学模型反演求解方法。野外几何测量法是基于统计学方法，用岩体裂隙的几何测量值，用统汁学方法计算岩体的渗透率。在研究裂隙介质最基本的渗流特征时，只需建立单纯裂隙的介质模型，就可以阐明岩石的裂隙性与渗透性之间的关系。因此该方法简单实用，但计算结果相对粗糙。野外提水试验方法是基于解析解方法，运用野外单孔压水或提水试验资料，确定岩体渗透率。单孔压水试验简单直观，应用广泛，其将裂隙介质视为各向同性。该方法能较准确的测量裂隙岩体的渗透率，但是耗时、耗资量较大。数学模型反演求解法是运用地下水动态信息，用建立的数学模型来反演求解。确定岩体水力学参数。用此方法求得的参数一般称为“模型参数”，它反映的是在给定初值和边界条件下，通过已有实测地下水动态信息拟合，而获得的参数。但这一参数不能等效于实际岩体的参数，只能给与一定的预测效果。
最直接有效的获得岩石渗透率的方法是实验法，但根据现有的实验仪器，只能监测一定尺寸岩石的渗透率。然而随着岩石尺寸的增大，岩石内部所包含的裂隙、孔洞都会随之变化，单一尺寸的岩石渗透率并不能代表该地区岩石的渗透率，也不能给出岩石尺寸大小与岩石渗透率之间的定性规律，所以开发一种可测量多尺度岩石渗透率的试验装置十分必要。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置及其试验方法，该装置能够进行高渗透压力下岩石渗透性试验，并逐级加压，渗透压力能精确控制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置，包括油压系统、压力室、压力室密封系统、支架、测量系统密封胶管和水位测量管，其中，油压系统通过胶皮管与压力室连接，且连接口处设有进水口连接螺栓，压力室下部设有出水口，出水口通过胶皮管连接测量系统密封胶管的一端，测量系统密封胶管的另一端连接水位测量管，水位测量管固定于支架上，压力室密封系统填充于压力室和岩石试样之间的空隙中。
所述压力室的上部设有进水端帽，进水端帽内侧设有岩芯密封圈。
所述压力室的主体上端设有密封圈凹槽，中端内部设有灌制硅胶固定圈和割胶模型圈。
所述压力室密封系统是由硅胶、固化剂与粘结剂按1000:25:1的配比组合而成的。
所述压力室的下部设有出水端帽，且出水端帽内侧设置有放射性出水凹槽，所述放射性出水凹槽为圆板，圆板上沿径向和环向均匀设有若干个凹槽。
所述压力室由不锈钢材料制作而成。
所述进水口连接螺栓与进水端帽由配套螺纹连接。
所述出水口连接螺栓与出水端帽由配套螺纹连接。
所述水位测量管量程为10ml。
一种采用上述测量多尺度岩石渗透率的试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：
（1）制备岩石试样，将岩石试样在水中浸泡3天以上至饱和状态，将处于饱和状态的岩石试样在室温下风干试样表面；
（2）放置、固定岩石试样，将试样放置在压力室中，将风干的岩石试样放置于压力室主体中，使用配套的岩芯密封圈将试样固定在压力室主体正中间，使其周围空隙均匀；
（3）灌注硅胶、实现密封：配置硅胶，借助灌制硅胶固定圈向压力室内灌注硅胶；
（4）进行安装、测试，使用配套的割胶模型圈割除试验上部硅胶，拧紧进水端帽并借助黄油和液压油实现密封；分级加压，观测并记录水位测量管的水位数据。
所述步骤（3）中，具体方法为：配制硅胶，取乳白色粘结性及硬度较好的硅胶、固化剂和粘结剂按1000:25:1的比例混合，快速搅拌均匀；试样顶面套上灌制硅胶固定圈，沿着岩石试样上表面的边缘开始灌胶，胶体在重力作用下流入试样与压力室主体周围缝隙，灌入速度必须均匀，否则硅胶会出现气泡，致使试样周围密封不严；灌胶过程中，用橡胶锤轻击压力室主体侧壁，使硅胶均匀密实地填充到试样和压力室主体之间的缝隙；将灌好试样放置24小时，使硅胶凝结到试验所需硬度后进行下一试验步骤。
所述步骤（4）的具体方法为：
（a）将与压力室配套的割胶模型圈放在硅胶上部，把岩石试样上部的硅胶割除，然后在硅胶表面涂抹用以密封和润滑的黄油与液压油，再拧紧上进水端帽即可；
（b）连接油压系统与压力室，连通电源，打开开关，分级加压，观测数据：根据要求，试验采用变渗透压力的方式测试岩石试样在不同压力下的渗透系数，首先测量500kPa的流量数据，然后给试样缓慢加压到1MPa，待流量稳定后，平行测试三组流量数据；再缓慢施加分别到2MPa及3MPa，分别待流量稳定后，观测水位测量管数值并记录；试验结束后，拆除压力室，将试样取出，清洗压力室主体。
本发明的有益效果为：
1.本装置能够进行高渗透压力下岩石渗透性试验，且最大渗透压力3.5MPa；
2.本装置可进行多种渗透压力条件下的渗透性试验，能够逐级加压，渗透压力能精确控制；
3.本装置可以满足五种尺寸、非标准试样的渗透性试验；
4.使用硅胶材料并辅以密封圈、密封圈凹槽、灌制硅胶固定圈和割胶模型圈满足了试样周围密封性要求，效果良好。
5.本发明能精确测定渗水体积并进行流量测定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是本发明压力室组成结构侧视图。
其中1.油压系统、2.压力室、2-1.进水端帽、2-2.岩芯密封圈、2-3.出水端帽、2-4.放射性出水凹槽、2-5.压力室主体、2-6.密封圈凹槽、2-7.灌制硅胶固定圈、2-8.割胶模型圈、3.进水口连接螺栓、4.出水口连接螺栓、5.支架、6.测量系统密封胶管、7.水位测量管。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置，由放置油压系统1、压力室2、进水端帽2-1、岩芯密封圈2-2、出水端帽2-3、放射性出水凹槽2-4、压力室主体2-5、密封圈凹槽2-6、灌制硅胶固定圈2-7、割胶模型圈2-8、进水口连接螺栓3、出水口连接螺栓4、支架5、测量系统密封胶管6和水位测量管7组成。
油压系统1通过胶皮管、进水口连接螺栓3与压力室2相连，压力室2通过出水口连接螺栓4、胶皮管与测量系统密封胶管6相连，测量系统密封胶管6与水位测量管7相连，水位测量管通过支架5固定。
如图2所示，压力室2包括进水端帽2-1，进水端帽2-1内侧设有岩芯密封圈2-2，进水端帽2-1之下是压力室主体2-5，其上端设有密封圈凹槽2-6，灌制硅胶固定圈2-7和割胶模型圈2-8设置在进水端帽2-1和压力室主体2-5之间，压力室主体2-5下部设有出水端帽2-3，其内侧设置有放射性出水凹槽2-4。
油压系统1可以提供连续的不定恒压，最高可达3.5Mpa。
进水口连接螺栓3与进水端帽2-1由配套螺纹而连接。
压力室2由不锈钢材料制作而成。
压力室2设有9cm×10cm、12cm×10cm、20cm×20cm、25cm×20cm和32cm×20cm五种不同尺寸。
岩芯密封圈2-2、密封圈凹槽2-6、灌制硅胶固定圈2-7和割胶模型圈2-8配合硅胶实现压力室2密封。
出水口连接螺栓4与出水端帽2-3由配套螺纹而连接。
放射性出水凹槽2-4通过在径向和环向布设凹槽实现。
水位测量管7量程为10ml。
测量多尺度岩石渗透率的试验装置使用方法：采用浸水饱和的方法，将制备好的岩石试样在水中浸泡3天以上使试验达到基本饱和状态；将饱和试样在室温下风干试样表面（表面湿润与硅胶粘结不牢固，会导致试验过程中试样表面漏水）；将风干的岩石试样放置于压力室主体2-5中，使用配套的岩芯固定圈将试样固定在压力室主体2-5正中间，使其周围空隙均匀；配制硅胶，取乳白色粘结性及硬度较好的硅胶适量，按预先确定的比例加入粘结剂和固化剂，快速搅拌均匀；试样顶面套上灌制硅胶固定圈2-7，沿着试样上表面边缘开始灌胶，胶体在重力作用下流入试样与压力室主体2-5周围缝隙，灌入速度必须均匀，否则硅胶会出现气泡，致使试样周围密封不严；灌胶过程中，用橡胶锤轻击压力室主体2-5侧壁，使硅胶均匀密实地填充到试样和压力室主体2-5之间的缝隙；将灌好试样放置24小时，使硅胶凝结到试验所需硬度才可进行下一试验步骤；将与压力室2配套的割胶模型圈2-8放在硅胶上部，把岩石试样上部的硅胶割除，然后在硅胶表面涂抹黄油与液压油（起密封和润滑作用），再拧紧上进水端帽2-1即可；油压系统1准备完毕后，将油压系统1与压力室2连接起来，联通电源，打开开关，分级加压，观测数据，根据要求，试验采用变渗透压力的方式测试岩石试样在不同压力下的渗透系数，首先测量500kPa的流量数据，然后给试样缓慢加压到1MPa，待流量稳定后，平行测试三组流量数据；再缓慢施加分别到2MPa及3MPa，分别待流量稳定后，观测水位测量管7数值并记录；试验结束后，拆除压力室2，将试样取出，清洗压力室2。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置，其特征是：包括油压系统、压力室、压力室密封系统、支架、测量系统密封胶管和水位测量管，其中，油压系统通过胶皮管与压力室连接，且连接口处设有进水口连接螺栓，压力室下部设有出水口，出水口通过胶皮管连接测量系统密封胶管的一端，测量系统密封胶管的另一端连接水位测量管，水位测量管固定于支架上，压力室密封系统填充于压力室和岩石试样之间的空隙中；
所述压力室的上部设有进水端帽，进水端帽内侧设有岩芯密封圈；所述压力室的主体上端设有密封圈凹槽，中端内部设有灌制硅胶固定圈和割胶模型圈；所述压力室的下部设有出水端帽，且出水端帽内侧设置有放射性出水凹槽，所述放射性出水凹槽为圆板，圆板上沿径向和环向均匀设有若干个凹槽；
所述压力室设有不同尺寸，可实现多尺度岩石渗透率测量。
2.如权利要求1所述的一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置，其特征是：所述压力室密封系统是由硅胶、固化剂与粘结剂按1000:25:1的配比组合而成的。
3.如权利要求1所述的一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置，其特征是：所述压力室由不锈钢材料制作而成。
4.如权利要求1所述的一种测量多尺度岩石渗透率的试验装置，其特征是：所述进水口连接螺栓与进水端帽由配套螺纹连接；所述出水口处设置有出水口连接螺栓，且所述出水口连接螺栓与出水端帽由配套螺纹连接。
5.一种采用如权利要求1所述的测量多尺度岩石渗透率的试验装置的试验方法，其特征是：具体包括以下步骤：
(1)制备岩石试样，将岩石试样在水中浸泡3天以上至饱和状态，将处于饱和状态的岩石试样在室温下风干试样表面；
(2)放置、固定岩石试样，将风干的岩石试样放置于压力室主体中，使用配套的岩芯密封圈将试样固定在压力室主体正中间，使其周围空隙均匀；
(3)灌注硅胶、实现密封：配置硅胶，借助灌制硅胶固定圈向压力室内灌注硅胶；
(4)进行安装、测试，使用配套的割胶模型圈割除试验上部硅胶，拧紧进水端帽并借助黄油和液压油实现密封；分级加压，观测并记录水位测量管的水位数据。
6.如权利要求5所述的试验方法，其特征是：所述步骤(3)中，具体方法为：配制硅胶，硅胶、固化剂和粘结剂按1000:25:1的比例混合，快速搅拌均匀；试样顶面套上灌制硅胶固定圈，沿着岩石试样上表面的边缘开始灌胶，胶体在重力作用下流入试样与压力室主体周围缝隙，灌入速度必须均匀，否则硅胶会出现气泡，致使试样周围密封不严；灌胶过程中，用橡胶锤轻击压力室主体侧壁，使硅胶均匀密实地填充到试样和压力室主体之间的缝隙；将灌好试样放置24小时，使硅胶凝结到试验所需硬度后进行下一试验步骤。
7.如权利要求5所述的试验方法，其特征是：所述步骤(4)的具体方法为：
(a)将与压力室配套的割胶模型圈放在硅胶上部，把岩石试样上部的硅胶割除，然后在硅胶表面涂抹用以密封和润滑的黄油与液压油，再拧紧进水端帽即可；
(b)连接油压系统与压力室，连通电源，打开开关，分级加压，观测数据：根据要求，试验采用变渗透压力的方式测试岩石试样在不同压力下的渗透系数，首先测量500kPa的流量数据，然后给试样缓慢加压到1MPa，待流量稳定后，平行测试三组流量数据；再缓慢施加分别到2MPa及3MPa，分别待流量稳定后，观测水位测量管数值并记录；试验结束后，拆除压力室，将试样取出，清洗压力室。
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