CN109211757B - 一种岩石渗透试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩石渗透试验装置及其试验方法，包括缸体、高压气泵、液体输送泵和真空泵，缸体的中部设置有用于固定岩石样品的橡胶圈，橡胶圈将缸体的内部空间分为上腔和下腔，高压气泵的出气口连接有三通阀，三通阀的其中一个出口通过输气管与上腔连通，三通阀的另一个出口连接有储液囊，储液囊内储放有渗透液，储液囊通过输液管与上腔连通，下腔内固定有用于收集渗透液的集料斗，集料斗的出口通过进液管与液体输送泵的进口连接，液体输送泵的出口通过出液管与储液囊连通，真空泵通过吸气管与下腔连通；优点是试验效果好且测试时间较短。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置，尤其涉及到一种岩石渗透试验装置及其试验方法。
背景技术
岩石中由于裂隙和节理的存在，使得岩石渗透性对涉及岩石领域工程的建设和运行影响显著。例如在水利、水电、隧道等工程中，岩石的高渗透性可能导致溃堤、溃坝、涌水等重大渗透事故的产生；而在油气田工程中，岩石的低渗透性将会导致油气采出率低下，甚至无法生产。另外，由于岩石中存在的裂隙为液体和气体的流通提供了通道，在某些岩石力学试验中，可以基于岩石的渗透性，通过某些特殊渗透液对岩石内的裂隙进行标记和填充，起到追踪岩石裂隙发展过程和提高岩石力学特性目的。
目前岩石渗透技术中，包括常规渗透和加压渗透。一类在常规渗透条件下，对岩石施加固定或变化的水头差，通过测量渗流量获得岩石的渗透特征。但由于某些岩石构造致密，液体渗流缓慢，常规渗透法耗时较长且效果较差；另一类则通过向岩石的一端施加一定压力，借助压力加速渗透液通过岩石，一定程度上缩短了岩石渗透时间。
然而，现有的岩石渗透装置都是基于测定岩石渗透系数而开发，并没有专用于岩石的液体渗入装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种试验效果好且测试时间较短的岩石渗透试验装置及其试验方法。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种岩石渗透试验装置，包括缸体、高压气泵、液体输送泵和真空泵，所述的缸体的中部设置有用于固定岩石样品的橡胶圈，所述的橡胶圈将所述的缸体的内部空间分为上腔和下腔，所述的高压气泵的出气口连接有三通阀，所述的三通阀的其中一个出口通过输气管与所述的上腔连通，所述的三通阀的另一个出口连接有储液囊，所述的储液囊内储放有渗透液，所述的储液囊通过输液管与所述的上腔连通，所述的下腔内固定有用于收集渗透液的集料斗，所述的集料斗的出口通过进液管与所述的液体输送泵的进口连接，所述的液体输送泵的出口通过出液管与所述的储液囊连通，所述的真空泵通过吸气管与所述的下腔连通。
所述的输气管上设置有进气开关，所述的输液管上设置有进料开关，所述的进液管上设置有进液开关，所述的出液管上设置有出液开关，所述的吸气管上设置有出气开关。
所述的缸体的侧壁上设置有可视刻度线。由此方便观察渗透情况。
所述的岩石渗透试验装置还包括温度监测机构，所述的温度监测机构包括温度检测器和与所述的温度检测器电连接的温度显示器，所述的温度检测器的探头伸入所述的上腔，所述的温度显示器固定在所述的缸体的侧壁上。该结构中，温度检测器将检测到上腔内的温度实时反馈给温度显示器，温度显示器则用来显示数值。
所述的缸体由顶盖、箍筒和底盖组成，所述的顶盖固定在所述的箍筒的上端，且所述的顶盖与所述的箍筒之间设置有第一密封圈，所述的底盖固定在所述的箍筒的下端，且所述的底盖与所述的箍筒之间设置有第二密封圈。第一密封圈和第二密封圈的设置提高了整体的密封性。
所述的箍筒由左钢筒和右钢筒通过转轴铰接而成，所述的左钢筒与所述的右钢筒之间设置有紧固机构，且所述的左钢筒与所述的右钢筒的连接处均设置有密封条。由此能够在一定范围内调节箍筒的直径，适配不同大小的岩石样品。
所述的紧固机构包括设置在所述的左钢筒上的左侧耳和设置在所述的右钢筒上的右侧耳，所述的左侧耳与所述的右侧耳通过螺栓连接。由此实现左钢筒和右钢筒的紧密连接。
所述的顶盖上固定有恒压阀，所述的恒压阀连接有压力表。恒压阀的设置可以控制上腔和下腔压力差的稳定，控制缸体内的腔内压力始终处于安全限度内。
所述的渗透液为热固型环氧树脂和荧光素钠组成的混合液。因采用热固型环氧树脂，渗透完成的岩石样品高温加热一定时间后，使岩石样品内部原有裂隙中的渗透液高温固化，便于区分新老裂隙，便于后续研究，此外加入荧光素钠的热固型环氧树脂，紫外灯下照射呈现绿色，可以在渗透（或热固）之后，便于直观查看渗透液填充情况。
本发明还另外公开了一种岩石渗透试验方法，其步骤如下：
S1:将裹有岩石样品的橡胶圈置于箍筒中，调节紧固机构带动箍筒挤压橡胶圈；
S2:将底盖安装到箍筒上，往上腔注入渗透液，之后将顶盖安装到箍筒上，并调节恒压阀的限值；
S3:打开进气开关和出气开关，关闭进料开关、进液开关和出液开关，同时打开高压气泵和真空泵，使渗透液渗入到岩石样品的裂缝中；
S4:在渗透的过程中，通过可视刻度线观察上腔中的渗透液余量，如果上腔中渗透液余量不足，则关闭进气开关、出气开关、高压气泵和真空泵，同时打开进料开关、进液开关、出液开关和液体输送泵，使渗透到下腔中的渗透液重新回流至上腔中；
S5:待下腔中的渗透液基本回流至上腔后，重复步骤S3；
S6：在3-24小时内，如此反复步骤S4和S5，直至岩石样品内完全渗入渗透液；
S7：取出岩石样品，将岩石样品置于烘箱中，在150-180℃ 中加热20-40分钟；
S8：从烘箱中取出岩石样品，将其冷却至室温，检查岩石样品裂隙中的渗透液是否完全高温固化，若尚未完全固化，则重复操作步骤S7，直至完全固化。
与现有技术相比，本发明的优点在于：橡胶圈的设置用于固定岩石样品，橡胶圈具有一定的弹性，从而方便放置岩石样品；三通阀的其中一个出口通过输气管与上腔连通，由此方便往上腔加压；三通阀的另一个出口连接有储液囊，储液囊通过输液管与上腔连通，当高压气泵工作时能够将储液囊的渗透液带到上腔中；集料斗的设置方便收集掉落的渗透液，然后通过液体输送泵的作用回流至储液囊中，便于渗透液的及时补充和排出；真空泵通过吸气管与下腔连通，在真空泵与高压气泵的作用下，上腔和下腔形成压差，便于渗透液的渗透，缩短了试验时间；本发明试验效果好且测试时间较短。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中缸体的立体结构示意图；
图3是本发明中缸体的剖视图；
图4是本发明中左钢筒和右钢筒配合时的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对发明作进一步详细描述。
实施例一：如图所示，一种岩石渗透试验装置，包括缸体1、高压气泵21、液体输送泵22和真空泵23，缸体1的中部设置有用于固定岩石样品的橡胶圈24，橡胶圈24将缸体1的内部空间分为上腔11和下腔12，高压气泵21的出气口连接有三通阀25，三通阀25的其中一个出口通过输气管3与上腔11连通，三通阀25的另一个出口连接有储液囊4，储液囊4内储放有渗透液，储液囊4通过输液管5与上腔11连通，下腔12内固定有用于收集渗透液的集料斗6，集料斗6的出口通过进液管7与液体输送泵22的进口连接，液体输送泵22的出口通过出液管8与储液囊4连通，真空泵23通过吸气管9与下腔12连通。
实施例二：如图所示，一种岩石渗透试验装置，包括缸体1、高压气泵21、液体输送泵22和真空泵23，缸体1的中部设置有用于固定岩石样品的橡胶圈24，橡胶圈24将缸体1的内部空间分为上腔11和下腔12，高压气泵21的出气口连接有三通阀25，三通阀25的其中一个出口通过输气管3与上腔11连通，三通阀25的另一个出口连接有储液囊4，储液囊4内储放有渗透液，储液囊4通过输液管5与上腔11连通，下腔12内固定有用于收集渗透液的集料斗6，集料斗6的出口通过进液管7与液体输送泵22的进口连接，液体输送泵22的出口通过出液管8与储液囊4连通，真空泵23通过吸气管9与下腔12连通。
本实施例中，输气管3上设置有进气开关31，输液管5上设置有进料开关51，进液管7上设置有进液开关71，出液管8上设置有出液开关81，所述的吸气管9上设置有出气开关91。
本实施例中，缸体1的侧壁上设置有可视刻度线13。
本实施例中，岩石渗透试验装置还包括温度监测机构26，温度监测机构26包括温度检测器和与温度检测器电连接的温度显示器，温度检测器的探头伸入上腔11，温度显示器固定在缸体1的侧壁上。
实施例三：如图所示，一种岩石渗透试验装置，包括缸体1、高压气泵21、液体输送泵22和真空泵23，缸体1的中部设置有用于固定岩石样品的橡胶圈24，橡胶圈24将缸体1的内部空间分为上腔11和下腔12，高压气泵21的出气口连接有三通阀25，三通阀25的其中一个出口通过输气管3与上腔11连通，三通阀25的另一个出口连接有储液囊4，储液囊4内储放有渗透液，储液囊4通过输液管5与上腔11连通，下腔12内固定有用于收集渗透液的集料斗6，集料斗6的出口通过进液管7与液体输送泵22的进口连接，液体输送泵22的出口通过出液管8与储液囊4连通，真空泵23通过吸气管9与下腔12连通。
本实施例中，输气管3上设置有进气开关31，输液管5上设置有进料开关51，进液管7上设置有进液开关71，出液管8上设置有出液开关81，所述的吸气管9上设置有出气开关91。
本实施例中，缸体1的侧壁上设置有可视刻度线13。
本实施例中，岩石渗透试验装置还包括温度监测机构26，温度监测机构26包括温度检测器和与温度检测器电连接的温度显示器，温度检测器的探头伸入上腔11，温度显示器固定在缸体1的侧壁上。
本实施例中，缸体1由顶盖14、箍筒15和底盖16组成，顶盖14固定在箍筒15的上端，且顶盖14与箍筒15之间设置有第一密封圈，底盖16固定在箍筒15的下端，且底盖16与箍筒15之间设置有第二密封圈。
本实施例中，箍筒15由左钢筒17和右钢筒18通过转轴铰接而成，左钢筒17与右钢筒18之间设置有紧固机构，且左钢筒17与右钢筒18的连接处均设置有密封条。
本实施例中，紧固机构包括设置在左钢筒17上的左侧耳19和设置在右钢筒18上的右侧耳20，左侧耳19与右侧耳20通过螺栓连接。
本实施例中，顶盖14上固定有恒压阀27，恒压阀27连接有压力表28。
本实施例中，渗透液为热固型环氧树脂和少量荧光素钠组成的混合液。
本实施例中，集料斗6的底部呈倾斜设置。
实施例四：一种岩石渗透试验方法，其步骤如下：
S1:将裹有岩石样品的橡胶圈置于箍筒中，调节紧固机构带动箍筒挤压橡胶圈；
S2:将底盖安装到箍筒上，往上腔注入渗透液，之后将顶盖安装到箍筒上，并调节恒压阀的限值；
S3:打开进气开关和出气开关，关闭进料开关、进液开关和出液开关，同时打开高压气泵和真空泵，使渗透液渗入到岩石样品的裂缝中；
S4:在渗透的过程中，通过可视刻度线观察上腔中的渗透液余量，如果上腔中渗透液余量不足，则关闭进气开关、出气开关、高压气泵和真空泵，同时打开进料开关、进液开关、出液开关和液体输送泵，使渗透到下腔中的渗透液重新回流至上腔中；
S5:待下腔中的渗透液基本回流至上腔后，重复步骤S3；
S6：在3-24小时内，如此反复步骤S4和S5，直至岩石样品内完全渗入渗透液；在本步骤中，裂隙发育或裂隙较发育岩石循环渗透3小时，微裂隙发育岩石循环渗透6小时，微裂隙岩石循环渗透12小时，较致密或致密岩石循环渗透24小时。
S7：取出岩石样品，将岩石样品置于烘箱中，在150-180℃ 中加热20-40分钟；
S8：从烘箱中取出岩石样品，将其冷却至室温，检查岩石样品裂隙中的渗透液是否完全高温固化，若尚未完全固化，则重复步骤S7，直至完全固化。这样就便于后续开展力学实验，将力学试验后的岩石样品切片，观察并区分新老裂隙（原有裂隙已被热固性树脂填充，新生裂隙无填充）。
Claims (8)
1.一种岩石渗透试验装置，其特征在于：包括缸体、高压气泵、液体输送泵和真空泵，所述的缸体的中部设置有用于固定岩石样品的橡胶圈，所述的橡胶圈将所述的缸体的内部空间分为上腔和下腔，所述的高压气泵的出气口连接有三通阀，所述的三通阀的其中一个出口通过输气管与所述的上腔连通，所述的三通阀的另一个出口连接有储液囊，所述的储液囊内储放有渗透液，所述的储液囊通过输液管与所述的上腔连通，所述的下腔内固定有用于收集渗透液的集料斗，所述的集料斗的出口通过进液管与所述的液体输送泵的进口连接，所述的液体输送泵的出口通过出液管与所述的储液囊连通，所述的真空泵通过吸气管与所述的下腔连通；
所述的输气管上设置有进气开关，所述的输液管上设置有进料开关，所述的进液管上设置有进液开关，所述的出液管上设置有出液开关，所述的吸气管上设置有出气开关；
所述的岩石渗透试验装置还包括温度监测机构，所述的温度监测机构包括温度检测器和与所述的温度检测器电连接的温度显示器，所述的温度检测器的探头伸入所述的上腔，所述的温度显示器固定在所述的缸体的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种岩石渗透试验装置，其特征在于：所述的缸体的侧壁上设置有可视刻度线。
3.根据权利要求2所述的一种岩石渗透试验装置，其特征在于：所述的缸体由顶盖、箍筒和底盖组成，所述的顶盖固定在所述的箍筒的上端，且所述的顶盖与所述的箍筒之间设置有第一密封圈，所述的底盖固定在所述的箍筒的下端，且所述的底盖与所述的箍筒之间设置有第二密封圈。
4.根据权利要求3所述的一种岩石渗透试验装置，其特征在于：所述的箍筒由左钢筒和右钢筒通过转轴铰接而成，所述的左钢筒与所述的右钢筒之间设置有紧固机构，且所述的左钢筒与所述的右钢筒的连接处均设置有密封条。
5.根据权利要求4所述的一种岩石渗透试验装置，其特征在于：所述的紧固机构包括设置在所述的左钢筒上的左侧耳和设置在所述的右钢筒上的右侧耳，所述的左侧耳与所述的右侧耳通过螺栓连接。
6.根据权利要求5所述的一种岩石渗透试验装置，其特征在于：所述的顶盖上固定有恒压阀，所述的恒压阀连接有压力表。
7.根据权利要求6所述的一种岩石渗透试验装置，其特征在于：所述的渗透液为热固型环氧树脂和荧光素钠组成的混合液。
8.一种根据权利要求7所述的岩石渗透试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将裹有岩石样品的橡胶圈置于箍筒中，调节紧固机构带动箍筒挤压橡胶圈；
S2：将底盖安装到箍筒上，往上腔注入渗透液，之后将顶盖安装到箍筒上，并调节恒压阀的限值；
S3：打开进气开关和出气开关，关闭进料开关、进液开关和出液开关，同时打开高压气泵和真空泵，使渗透液渗入到岩石样品的裂缝中；
S4：在渗透的过程中，通过可视刻度线观察上腔中的渗透液余量，如果上腔中渗透液余量不足，则关闭进气开关、出气开关、高压气泵和真空泵，同时打开进料开关、进液开关、出液开关和液体输送泵，使渗透到下腔中的渗透液重新回流至上腔中；
S5：待下腔中的渗透液基本回流至上腔后，重复步骤S3；
S6：在3-24小时内，如此反复步骤S4和S5，直至岩石样品内完全渗入渗透液；
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- 2018-11-05 CN CN201811305325.5A patent/CN109211757B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109211757A (zh) | 2019-01-15 |
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