CN106198346A - 一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器及测量方法 - Google Patents

一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器及测量方法 Download PDF

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Abstract

一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器及测量方法，该岩心夹持器包括夹持器筒体，与夹持器筒体通过螺纹连接的中空左端盖和右端盖，中空左端盖的中空腔体内设置左活塞，夹持器筒体、中空左端盖、左活塞和右端盖间形成空腔，空腔内放置岩心试样，岩心试样的右端放置在右端盖内侧的凹槽中，岩心试样的左端与左活塞接触，岩心试样的侧面未与夹持器筒体接触；右端盖中心有贯穿右端盖的实验流体入口，岩心试样的中心也是贯穿的，且贯穿通孔的位置与实验流体入口对准；夹持器筒体的下侧开有实验流体出口，上侧开有排气口；本发明还公开了测量方法；本发明在同一装置内能实现力学参数和渗透率的测量，对于需要测量岩石样品的疲劳特性和渗透率这两种参数的实验能够大大提高实验效率。

Description

一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器及测量方法
技术领域
本发明主要涉及岩心渗透率及其基本力学参数的测量装置，具体涉及一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器及测量方法。
背景技术
渗透率是材料的基本属性之一，在地质勘探开发，尤其是石油和天然气的地质勘探和研究生产开发等领域，需要从地下取出相关地层岩心，进行岩心物性分析实验，测量相关岩心的渗透率、强度、弹性模量等物性参数，为实际开发提供参考。
岩石的渗透率很低，目前的测量低渗透率的实验方法中较普遍使用的是瞬态压力脉冲法。而应用该方案的实验装置中用于放置待测岩石的部件就是岩心夹持器。目前的岩心夹持器只能实现单纯的测量岩心渗透率或者在一定的固定载荷条件下测量渗透率，无法在同一装置内实现疲劳特性和渗透率的测量。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器及测量方法，在同一装置内能实现力学参数(疲劳特性、压缩强度和弹性模量)和渗透率的测量，对于需要测量岩石样品的疲劳特性和渗透率这两种参数的实验能够大大提高实验效率。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器，包括夹持器筒体3，与夹持器筒体3通过螺纹连接的中空左端盖2和右端盖5，中空左端盖2的中空腔体内设置左活塞1，所述夹持器筒体3、中空左端盖2、左活塞1和右端盖5间形成空腔4，空腔4内放置岩心试样6，岩心试样6的右端放置在右端盖5内侧的凹槽中，岩心试样6的左端与左活塞1接触，岩心试样6的上端和下端未与夹持器筒体3接触；所述右端盖5中心有贯穿右端盖的实验流体入口7，岩心试样6的中心也是贯穿的，且贯穿通孔的位置与实验流体入口7对准；夹持器筒体3的下侧开有实验流体出口9，上侧开有排气口8。
所述中空左端盖2和夹持器筒体3间、中空左端盖2和岩心试样6间、左活塞1和中空左端盖2间、右端盖5和夹持器筒体3间以及右端盖5和岩心试样6间设置有放置密封圈10的凹槽。
所述夹持器筒体3、中空左端盖2和右端盖5采用不锈钢材料。
上述所述一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器的测量方法，该岩心夹持器用于测量岩心试样沿垂直于夹持器轴线方向的渗透率：测量渗透率时首先分别在左活塞1的左端面和右端盖5的右端面施加载荷，使岩心试样6的左右端面被压紧防止实验流体在岩心试样的左右端面发生横向流动，这里的载荷相当于围压；然后测量渗透率的实验流体从实验流体入口7流入岩心试样，从实验流体出口9流出岩心试样，通过测量实验流体在岩心试样6流入端和流出端的压强差随时间的变化能够计算出渗透率，排气口8用于在开始测量渗透率前排出空腔4内的多余空气；所加围压的压强值必须比实验流体的压强值大；左活塞1插入中空左端盖2的深度可调以适应不同的岩心高度；如果在渗透率的测量过程中同时在左活塞1的左端面和右端盖5的右端面施加载荷就能够测量在一定载荷作用下岩心的渗透率；
该岩心夹持器用于测量岩心试样在水环境下的压缩疲劳特性：首先类似于渗透率的测量过程，使岩心试样处于水环境下，疲劳载荷分别加载在左活塞1的左端面和右端盖5的右端面。通过调整疲劳载荷的幅值，并记录试样加载到破坏所需的疲劳载荷周期数，能够得到试样在压缩疲劳条件下的应力-寿命曲线即S-N曲线；通过测量疲劳加载后试样上裂纹的长度、密度和裂尖张开位移，并记录相应的疲劳载荷周期数，能够得到疲劳载荷周期数与裂纹的长度、密度和裂尖张开位移的关系，其中裂纹的长度、密度使用游标卡尺测量，裂尖张开位移使用扫描电子显微镜拍照测量；
该岩心夹持器用于测量岩心试样在水环境下的压缩强度和弹性模量：首先类似于渗透率的测量过程，使岩心试样处于水环境下，单轴试验机压缩载荷分别加载在左活塞1的左端面和右端盖5的右端面，通过记录实验机加载过程中的力和位移，能够得到岩心试样6开始加载到最终压缩破坏过程中的应力-应变关系曲线，曲线上的最大应力就是岩心试样6的压缩强度，由该曲线的斜率能够得出岩心试样6的弹性模量。
所述实验流体为水或盐水。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)在同一装置内能实现疲劳特性和渗透率测量，对于需要测量岩石样品的力学性能(压缩强度、弹性模量和疲劳特性)和渗透率这两种参数的实验能够大大提高实验效率。
(2)该岩心夹持器用于测量岩心试样沿垂直于夹持器轴线方向的渗透率。
(3)岩心夹持器测量岩心试样的高度可以变化。
(4)该岩心夹持器能够测量在一定载荷作用下岩心的渗透率，以及水环境下的强度、弹性模量和疲劳特性的测量。
(5)在测量渗透率时该岩心夹持器不需要额外的油压装置施加围压，使实验系统更简单。
(6)该岩心夹持器测试渗透率的实验流体可以是水或盐水。采用盐水时调整适当盐的浓度可以模拟海水环境。
附图说明
图1为本发明岩心夹持器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种岩心夹持器，主要包括夹持器筒体3、右端盖5、中空左端盖2、左活塞1、空腔4、密封圈10、实验流体入口7、实验流体出口9、排气口8。夹持器筒体3、右端盖5、中空左端盖2和左活塞1采用不锈钢材料。实验流体采用水，夹持器筒体3与中空左端盖2和右端盖5分别采用螺纹连接，右端盖5的左端面有凹槽用于放置岩心试样6，夹持器筒体3上设置实验流体出口9和排气口8，右端盖5中心有贯穿右端盖的实验流体入口7，岩心试样6的中心也是贯穿的，且贯穿通孔的位置与实验流体入口7对准。
该岩心夹持器用于测量岩心试样沿垂直于夹持器轴线方向的渗透率。测量渗透率时首先分别在左活塞1的左端面和右端盖5的右端面施加载荷，使岩心试样6的左右端面被压紧防止实验流体在岩心试样的左右端面发生横向流动，这里的载荷相当于围压。然后测量渗透率的实验流体从实验流体入口7流入岩心试样，从实验流体出口9流出岩心试样，通过测量实验流体在岩心试样流入端和流出端的压强差随时间的变化可以计算出渗透率，排气口8用于在开始测量渗透率前排出空腔4内的多余空气。所加围压的压强值必须比实验流体的压强值大。左活塞1插入中空左端盖2的深度可以调整以适应不同的岩心高度。如果在上述渗透率的测量过程中同时在左活塞1的左端面和右端盖5的右端面施加载荷就可以测量在一定载荷作用下岩心的渗透率。
该岩心夹持器用于测量岩心试样在水环境下的压缩疲劳特性。首先类似于渗透率的测量过程，使岩心试样处于水环境下，疲劳载荷分别加载在左活塞1的左端面和右端盖5的右端面。通过调整疲劳载荷的幅值，并记录试样加载到破坏所需的疲劳载荷周期数，可以得到试样在压缩疲劳条件下的应力-寿命曲线(S-N曲线)。通过测量疲劳加载后试样上裂纹的长度、密度和裂尖张开位移，并记录相应的疲劳载荷周期数，可以得到疲劳载荷周期数与裂纹的长度、密度和裂尖张开位移的关系，其中裂纹的长度、密度使用游标卡尺测量，裂尖张开位移使用扫描电子显微镜拍照测量。
该岩心夹持器还可用于测量岩心试样在水环境下的强度、弹性模量。首先类似于渗透率的测量过程，使岩心试样处于水环境下，单轴试验机压缩载荷分别加载在左活塞1的左端面和右端盖5的右端面，通过记录实验机加载过程中的力和位移，可以得到岩心试样测开始加载到最终压缩破坏过程中的应力-应变关系曲线，曲线上的最大应力就是岩心试样的压缩强度，由该曲线的斜率可以得出岩心试样的弹性模量。

Claims (5)

1.一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器，其特征在于：包括夹持器筒体(3)，与夹持器筒体(3)通过螺纹连接的中空左端盖(2)和右端盖(5)，中空左端盖(2)的中空腔体内设置左活塞(1)，所述夹持器筒体(3)、中空左端盖(2)、左活塞(1)和右端盖(5)间形成空腔(4)，空腔(4)内放置岩心试样(6)，岩心试样(6)的右端放置在右端盖(5)内侧的凹槽中，岩心试样(6)的左端与左活塞(1)接触，岩心试样(6)的侧面未与夹持器筒体(3)接触；所述右端盖(5)中心有贯穿右端盖的实验流体入口(7)，岩心试样(6)的中心也是贯穿的，且贯穿通孔的位置与实验流体入口(7)对准；夹持器筒体(3)的下侧开有实验流体出口(9)，上侧开有排气口(8)。
2.根据权利要求1所述的一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器，其特征在于：所述中空左端盖(2)和夹持器筒体(3)间、中空左端盖(2)和岩心试样(6)间、左活塞(1)和中空左端盖(2)间、右端盖(5)和夹持器筒体(3)间以及右端盖(5)和岩心试样(6)间设置有放置密封圈(10)的凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器，其特征在于：所述夹持器筒体(3)、中空左端盖(2)和右端盖(5)采用不锈钢材料。
4.权利要求1所述一种能够测量力学参数和渗透率的岩心夹持器的测量方法，其特征在于：
该岩心夹持器用于测量岩心试样沿垂直于夹持器轴线方向的渗透率：测量渗透率时，首先分别在左活塞(1)的左端面和右端盖(5)的右端面施加载荷，使岩心试样(6)的左右端面被压紧防止实验流体在岩心试样的左右端面发生横向流动，这里的载荷相当于围压；然后测量渗透率的实验流体从实验流体入口(7)流入岩心试样，从实验流体出口(9)流出岩心试样，通过测量实验流体在岩心试样(6)流入端和流出端的压强差随时间的变化能够计算出渗透率，排气口(8)用于在开始测量渗透率前排出空腔(4)内的多余空气；所加围压的压强值必须比实验流体的压强值大；左活塞(1)插入中空左端盖(2)的深度可调以适应不同的岩心高度；如果在渗透率的测量过程中同时在左活塞(1)的左端面和右端盖(5)的右端面施加载荷就能够测量在一定载荷作用下岩心的渗透率；
该岩心夹持器用于测量岩心试样在水环境下的压缩疲劳特性：首先类似于渗透率的测量过程，使岩心试样处于水环境下，疲劳载荷分别加载在左活塞(1)的左端面和右端盖(5)的右端面。通过调整疲劳载荷的幅值，并记录试样加载到破坏所需的疲劳载荷周期数，能够得到试样在压缩疲劳条件下的应力-寿命曲线即S-N曲线；通过测量疲劳加载后试样上裂纹的长度、密度和裂尖张开位移，并记录相应的疲劳载荷周期数，能够得到疲劳载荷周期数与裂纹的长度、密度和裂尖张开位移的关系，其中裂纹的长度、密度使用游标卡尺测量，裂尖张开位移使用扫描电子显微镜拍照测量；
该岩心夹持器用于测量岩心试样在水环境下的压缩强度和弹性模量：首先类似于渗透率的测量过程，使岩心试样处于水环境下，单轴试验机压缩载荷分别加载在左活塞(1)的左端面和右端盖(5)的右端面，通过记录实验机加载过程中的力和位移，能够得到岩心试样(6)开始加载到最终压缩破坏过程中的应力-应变关系曲线，曲线上的最大应力就是岩心试样(6)的压缩强度，由该曲线的斜率能够得出岩心试样(6)的弹性模量。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于：所述实验流体为水或盐水。
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