专利名称：一种动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法
技术领域：
本发明涉及一种动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法。
背景技术：
随着国民经济的发展，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。上述地区的工程建设都面临着复杂应力条件下的设计、施工以及工程在渗流条件下的长期稳定性问题。因此如何快速高效的测定岩石的渗透特性参数如渗透率、孔隙度成为迫切需要解决的问题。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。这样测量的物理量多，既浪费了时间，又由于岩石加卸载的影响，使测出的渗透率、孔隙度随围压的动态变化规律不准确。为了解决传统测量方法中不能联合测量渗透率、孔隙度；测量物理量多，方法繁琐，耗时耗力；更不能测量不同围压下的渗透率、孔隙度。因此，需要一种动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法以解决上述问题。
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动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法。技术方案:为解决上述技术问题，本发明的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法采用如下技术方案:一种动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，采用致密岩石渗透率和孔隙度联合测试装置，所述致密岩石渗透率和孔隙度联合测试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气压数据采集装置，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气压数据采集装置，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，其特征在于，包括以下步骤:I)、将岩心放置在所述岩心压力室中；2)、保持所述上游储气瓶打开，所述下游储气瓶关闭；
3)、打开所述围压控制装置为所述岩心压力室加压到设定值Ptl，关闭所述围压控制装置；4)、打开所述气压加载装置，使得所述下游气压记录表和上游气压记录表的读数相同并为步骤3)中所述设定值Ptl ；5)、保持所述气压加载装置打开一段时间，为所述上游气路增加脉冲压力Λ P ；6)、利用所述气压数据采集装置每隔预订的时间间隔记录所述上游气压传感器、下游气压传感器和上下游气压传感器读数；7)、打开所述围压控制装置为所述岩心压力室加压到另一设定值；8)、重复步骤4)-7)，得到不同围压下的试验数据；9)、利用所述气压数据采集装置记录得到的试验数据，计算得到岩石渗透率和孔隙度。更进一步的，所述渗透率k通过下式计算得到:
权利要求
1.一种动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，采用致密岩石渗透率和孔隙度联合测试装置，所述致密岩石渗透率和孔隙度联合测试装置包括围压控制装置(I )、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)和气压数据采集装置(9)，所述围压控制装置(I)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 )均连接所述气压数据采集装置(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，其特征在于，包括以下步骤: 1)、将岩心放置在所述岩心压力室(2)中； 2)、保持所述上游储气瓶(4)打开，所述下游储气瓶(3)关闭； 3)、打开所述围压控制装置(I)为所述岩心压力室(2)加压到设定值Ptl，关闭所述围压控制装置(I); 4)、打开所述气压加载装置(5)，使得所述下游气压记录表(6)和上游气压记录表(7)的读数相同并为步骤3)中所述设定值Ptl ； 5)、保持所述气压加载装置(5)打开一段时间，为所述下游气路增加脉冲压力ΛP ； 6)、利用所述气压数据采集装置(9)每隔预订的时间间隔记录所述上游气压传感器(6)、下游气压传感器(7)和上下游气压传感器(8)读数； 7)、打开所述围压控制装置(I)为所述岩心压力室(2)加压到另一设定值； 8)、重复步骤4)-7)，得到不同围压下的试验数据； 9)、利用所述气压数据采集装置(9)记录得到的试验数据，计算得到岩石渗透率和孔隙度。
2.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述渗透率k通过下式计算得到: ,CLiLViV.,八V1AP=APf (V1+V2) f 0+~^Τ ζ P1-P2 = Δ Pexp (-ct) 式中，A为岩心横截面的面积，c为计算过程中的参数，其大小随试样两端气压的变化而变化，由上述第三个方程确定，Pf为平衡压力，t为渗流时间，μ为气体粘度，V1和V2分别为岩心上下端导管及储气瓶的体积(m3)，P0为试验开始时岩心两端的气压(MPa)，Λ 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)。
3.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述孔隙度通过下式计算得到:
4.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，其特征在于，步骤5)中保持所述气压加载装置(5)打开的时间为4-6分钟。
5.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述围压控制装置(I)为液压泵。
6.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述气压加载装置(5)为储气瓶。
7.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述气压加载装置(5)的出口处设置有阀门。
8.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，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。
9.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述气压数据采集装置(9)为计算机。
10.如权利要求1所述的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，其特征在于，步骤6)中所述预定的时间间隔为5-100秒。
全文摘要
本发明公开了一种动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法，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。本发明的动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法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。
文档编号G01N7/10GK103207138SQ20131012066
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月8日 优先权日2013年4月8日
发明者徐卫亚, 贾朝军, 王如宾, 张久长, 张强, 顾锦健, 王欣, 俞隽 申请人:河海大学