CN212364011U - 一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置，用于在三轴应力条件下对岩石孔隙度和渗透率同时测量，其特征在于，所述装置包括孔渗测量组件、岩心夹持器(17)、围压加载组件、轴压加载组件、多通道数据采集卡(15)和数据存储处理模块(16)；所述孔渗测量组件、围压加载组件和轴压加载组件分别与岩心夹持器(17)相连。本装置将孔隙度和渗透率测试完全耦合在一起。在气体扩散过程中，根据待测岩石两端的压力值及压力差，输出岩石在某三轴应力下的孔隙度和渗透率，可全面分析岩石孔隙度、渗透率之间的相互关系及其与应力的相关性，在一定程度上也缩短了测试时间，提高了测试效率。

Description

一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置

技术领域

本实用新型涉及工程地质领域，具体涉及一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置。

背景技术

随着地下能源及空间的开发与利用，地下储层岩石的基本物理力学特性对地下工程安全具有显著的影响。其中，多孔岩石的孔隙度和渗透率作为最基础的岩石物性参数之一，分别表征地下储层岩石的储集空间特性与流体流通性能，对于油气资源量评价和储集容量评估具有重要的意义。

研究岩石孔隙度与渗透率的相互关系对于全面掌握储层岩石的储集特性具有重要的意义。此外，岩石的孔隙度与渗透率与储层岩石的应力状态休戚相关。在实际情况下，储层岩石都赋存于一定的应力环境中，受到外界应力的作用，其孔隙度，渗透率及两者的相互关系均会随着储层应力的变化而变化。

目前，市场上已有的岩样测试设备大多数需要将孔隙度和渗透率分开测量，少数设备虽然已将孔隙度和渗透率的测试方法集成在同一台设备中。但实际在测试时还是需要进行分步测量，即先测量孔隙度再测量渗透率，或是先测量渗透率再测试孔隙度，都没有真正将两种方法耦合在一起测量，在一定程度上也延长了测试时间，降低了测试效率。

参考文献[1](申请公布号为“CN 106872328 A”的发明专利《一种低渗透岩心孔隙度和渗透率的测试装置及测试方法》)在关于孔隙度和渗透率的测试中只施加了围压，没有轴压，未达到三轴条件。

参考文献[2](申请公布号为“CN 107917867 A”的发明专利《一种多功能岩样测试装置》)虽然能在同一设备上完成孔隙度和渗透率测试，但孔隙度和渗透率分开测试，即先测量孔隙度，在孔隙度分析测试的基础上，完成渗透率的测试。

参考文献[3](授权公告号为“CN 108088778 A”的发明专利《一种岩石类材料渗透率、孔隙度测试装置》)提出的装置重点在于测量渗透率时将稳态法和非稳态法集成，孔隙度测量只是作为附加部分，没有同时测量。

参考文献[4](申请公布号为“CN 108333091 A”的发明专利《一种高温三轴孔渗测试装置及方法》)提出了在测量渗透率时采用定压法。受定压法测量范围的影响，该设备对于低渗透岩石的渗透率测量效果不理想。因此，有必要设计一种可同时测量三轴条件下的孔隙度和渗透率的测试设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置，用于在三轴应力条件下对岩石孔隙度和渗透率同时测量，其特征在于，所述装置包括孔渗测量组件、岩心夹持器、围压加载组件、轴压加载组件、多通道数据采集卡和数据存储处理模块；所述孔渗测量组件、围压加载组件和轴压加载组件分别与岩心夹持器相连；其中，

所述孔渗测量组件，用于在三轴条件下测量待测试岩样的上下端压力及压力差；

所述岩心夹持器，用于固定待测试岩样，同时对待测试岩样施加围压和轴压；

所述围压加载组件，用于产生作用于待测试岩样围压；

所述轴压加载组件，用于产生作用于待测试岩样轴压；

所述多通道数据采集卡，用于采集孔渗测量组件测量的压力和压力差，发送至数据存储处理模块；

所述数据存储处理模块，用于基于压力和压力差同时计算待测试岩样的孔隙度和渗透率。

作为上述装置的一种改进，所述孔渗测量组件包括：高压气瓶、第一阀门、孔压加压泵、第二阀门、第一压力传感器、差压计、第一缓冲罐、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第二缓冲罐、第六阀门、第二压力传感器和真空泵；其中，

所述高压气瓶的出口通过管路分别与第一阀门、孔压加压泵连通，管路经过第二阀门后分出三路，第一路连接第一压力传感器的输入端；第二路与差压计的一端连接；第三路依次经过第一缓冲罐和第三阀门，与岩心夹持器连通；

所述差压计另一端连接的管路分出三路，第一路连接第二压力传感器的输入端；第二路经过第六阀门与真空泵连通；第三路依次经过第二缓冲罐和第五阀门，与岩心夹持器的连通；

所述第三阀门与第一缓冲罐之间设置一条管路连通到第五阀门与第二缓冲罐之间处，该管路中间设置第四阀门；

所述第一压力传感器、差压计和第二压力传感器的数据输出端均连接多通道数据采集卡。

作为上述装置的一种改进，所述岩心夹持器包括处于腔室内部的热收缩管、位于腔室外壁上的流体采出口、围压注入孔、轴压注入孔和流体注入口；其中，

所述热收缩管将待测试岩样密封后固定在岩心夹持器内；

所述流体采出口通过管路与孔渗测量组件的第五阀门连通；

所述围压注入孔通过管路与围压加载组件连通；

所述轴压注入孔通过管路与轴压加载组件连通；

所述流体注入口通过管路与孔渗测量组件的第三阀门连通。

作为上述装置的一种改进，所述围压加载组件包括：围压第一控制阀、围压加压泵、围压第二控制阀和围压动力源；

所述围压动力源输出管路依次经过围压第二控制阀、围压加压泵、围压第一控制阀与所述岩心夹持器的围压注入孔连通；所述述围压动力源为去离子水；所述围压加压泵为高精度计量泵。

作为上述装置的一种改进，所述轴压加载组件包括：轴压第一控制阀、轴压加压泵、轴压第二控制阀和轴压动力源；

所述轴压动力源输出管路依次经过轴压第二控制阀、轴压加压泵、轴压第一控制阀与所述岩心夹持器的轴压注入孔连通；所述轴压动力源为去离子水；所述轴压加压泵为高精度计量泵。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、本实用新型的测试装置将孔隙度和渗透率测试完全耦合在一起。在气体扩散过程中，根据待测岩石两端的压力值及差压衰减曲线，分别根据孔隙度计算公式和渗透率计算公式得到岩石在某三轴应力下的孔隙度和渗透率，可全面分析岩石孔隙度、渗透率之间的相互关系及其与应力的相关性，在一定程度上也缩短了测试时间，提高了测试效率。

附图说明

图1是本实用新型一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置的结构示意图。

附图标记

1、高压气瓶 2、第一阀门

3、孔压加压泵 4、第二阀门

5、第一压力传感器 6、差压计

7、第一缓冲罐 8、第三阀门

9、第四阀门 10、第五阀门

11、第二缓冲罐 12、第六阀门

13、第二压力传感器 14、真空泵

15、多通道数据采集卡 16、数据存储处理模块

17、岩心夹持器 18、热收缩管

19、待测试岩样 20、围压第一控制阀

21、围压加压泵 22、围压第二控制阀

23、围压动力源 24、轴压第一控制阀

25、轴压加压泵 26、轴压第二控制阀

27、轴压动力源 28、流体注入口

29、流体采出口 30、轴压注入孔

31、围压注入孔

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型。

本实用新型的一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置，如图1所示，

装置包括：孔渗测量组件、岩心夹持器、围压加载组件、轴压加载组件、多通道数据采集卡和数据存储处理模块；其中孔渗测量组件、围压加载组件和轴压加载组件与岩心夹持器相连。数据采集卡用于采集孔渗测试管路中的第一压力传感器5，第二压力传感器13和差压计6的数据，传输给数据存储处理模块。

孔渗测量组件包括高压气瓶1、第一阀门2、孔压加压泵3、第二阀门4、第一压力传感器5、差压计6、第一缓冲罐7、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10、第二缓冲罐11、第六阀门12、第二压力传感器13、真空泵14；高压气瓶1与第一阀门2 的一端相连；第一阀门2的另一端与孔压加压泵3的一端相连；孔压加压泵3的另一端与第二阀门4的一端相连；第二阀门4的另一端同时与第一压力传感器5，差压计6的一端，第一缓冲罐7，第三阀门8的一端和第四阀门9的一端相连；第三阀门 8的另一端与岩心夹持器17的流体注入口28相连；岩心夹持器17的流体采出口29 与第五阀门10的一端相连；第五阀门10的另一端与第四阀门9的另一端及第二缓冲罐11，第六阀门12的一端，第二压力传感器13及差压计6的另一端相连；第六阀门6的另一端与真空泵14相连。

岩心夹持器17用于固定待测试岩样19，同时对待测试岩样19施加围压和轴压；待测试岩石经过热收缩管18密封后固定在岩心夹持器17内；热收缩管18用于隔离孔隙流体压力与围压，防止围压介质渗入到岩石孔隙内；在岩心夹持器17外壁上有围压注入孔31、轴压注入孔30、流体注入口28和流体采出口29，其中，围压注入孔31和轴压注入孔30分别与围压加载组件和轴压加载组件连通；流体注入口28和流体采出口29与孔渗测量组件连通。

围压加载组件包括围压第一控制阀20、围压加压泵21、围压第二控制阀22和围压动力源23；其中围压第一控制阀20的一端与岩心夹持器17的围压注入孔31相连，另一端与围压加压泵21的一端相连；围压加压泵21的另一端与围压第二控制阀22的一端相连；围压第二控制阀22的另一端与围压动力源23相连。

轴压加载组件包括轴压第一控制阀24、轴压加压泵25、轴压第二控制阀26和轴压动力源27；其中岩心夹持器17上的轴压注入孔30与轴压第一控制阀24的一端相连；轴压第一控制阀24的另一端与轴压加压泵25的一端相连；轴压加压泵25的另一端与轴压第二控制阀26的一端相连；轴压第二控制26阀的另一端与轴压动力源27相连。

多通道数据采集卡15分别与第一压力传感器5的数据输出端、差压计6的数据输出端和第二压力传感器13的数据输出端相连。

这里所说的高压气体为氦气，也可以为氮气，用于待测试岩样19的孔隙度和渗透率测量；

围压动力源23和轴压动力源27为去离子水；

孔压加压泵3、围压加压泵21和轴压加压泵25为高精度计量泵，对注入流体进行流体和压力控制。

数据存储处理模块16基于采集卡输出的压力值、压力差，根据公知的计算公式，同时输出岩石孔隙度和渗透率。

根据现有技术的岩石孔隙度与压力值的关系，数据存储处理模块16基于采集卡输出的压力值，计算输出岩石孔隙度；根据现有技术的岩石渗透率与压力差的关系，数据存储处理模块16基于采集卡输出的压力差，计算输出岩石渗透率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置，用于在三轴应力条件下对岩石孔隙度和渗透率同时测量，其特征在于，所述装置包括孔渗测量组件、岩心夹持器(17)、围压加载组件、轴压加载组件、多通道数据采集卡(15)和数据存储处理模块(16)；所述孔渗测量组件、围压加载组件和轴压加载组件分别与岩心夹持器(17)相连；其中，

所述孔渗测量组件，用于在三轴条件下测量待测试岩样的上下端压力及压力差；

所述岩心夹持器(17)，用于固定待测试岩样，同时对待测试岩样施加围压和轴压；

所述围压加载组件，用于产生作用于待测试岩样围压；

所述轴压加载组件，用于产生作用于待测试岩样轴压；

所述多通道数据采集卡(15)，用于采集孔渗测量组件测量的压力和压力差，发送至数据存储处理模块(16)；

所述数据存储处理模块(16)，用于输出待测试岩样的孔隙度和渗透率。

2.根据权利要求1所述的三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置，其特征在于，所述孔渗测量组件包括：高压气瓶(1)、第一阀门(2)、孔压加压泵(3)、第二阀门(4)、第一压力传感器(5)、差压计(6)、第一缓冲罐(7)、第三阀门(8)、第四阀门(9)、第五阀门(10)、第二缓冲罐(11)、第六阀门(12)、第二压力传感器(13)和真空泵(14)；其中，

所述高压气瓶(1)的出口通过管路分别与第一阀门(2)、孔压加压泵(3)连通，管路经过第二阀门(4)后分出三路，第一路连接第一压力传感器(5)的输入端；第二路与差压计(6)的一端连接；第三路依次经过第一缓冲罐(7)和第三阀门(8)，与岩心夹持器(17)连通；

所述差压计(6)另一端连接的管路分出三路，第一路连接第二压力传感器(13)的输入端；第二路经过第六阀门(12)与真空泵(14)连通；第三路依次经过第二缓冲罐(11)和第五阀门(10)，与岩心夹持器(17)的连通；

所述第三阀门(8)与第一缓冲罐(7)之间设置一条管路连通到第五阀门(10)与第二缓冲罐(11)之间处，该管路中间设置第四阀门(9)；

所述第一压力传感器(5)、差压计(6)和第二压力传感器(13)的数据输出端均连接多通道数据采集卡(15)。

3.根据权利要求1所述的三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置，其特征在于，所述岩心夹持器(17)包括处于腔室内部的热收缩管(18)、位于腔室外壁上的流体采出口(29)、围压注入孔(31)、轴压注入孔(30)和流体注入口(28)；其中，

所述热收缩管(18)将待测试岩样(19)密封后固定在岩心夹持器(17)内；

所述流体采出口(29)通过管路与孔渗测量组件的第五阀门(10)连通；

所述围压注入孔(31)通过管路与围压加载组件连通；

所述轴压注入孔(30)通过管路与轴压加载组件连通；

所述流体注入口(28)通过管路与孔渗测量组件的第三阀门(8)连通。

4.根据权利要求3所述的三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置，其特征在于，所述围压加载组件包括：围压第一控制阀(20)、围压加压泵(21)、围压第二控制阀(22)和围压动力源(23)；

所述围压动力源(23)输出管路依次经过围压第二控制阀(22)、围压加压泵(21)、围压第一控制阀(20)与所述岩心夹持器(17)的围压注入孔(31)连通；所述述围压动力源(23)为去离子水；所述围压加压泵(21)为高精度计量泵。

5.根据权利要求3所述的三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置，其特征在于，所述轴压加载组件包括：轴压第一控制阀(24)、轴压加压泵(25)、轴压第二控制阀(26)和轴压动力源(27)；

所述轴压动力源(27)输出管路依次经过轴压第二控制阀(26)、轴压加压泵(25)、轴压第一控制阀(24)与所述岩心夹持器(17)的轴压注入孔(30)连通；所述轴压动力源(27)为去离子水；所述轴压加压泵(25)为高精度计量泵。

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