全应力应变下低渗透岩石渗透率的测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种渗透率的测试方法，特别设及一种低渗透岩石在全应力应变下的 渗透率的测试方法，属于岩石工程、低渗透气藏及矿物开采领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，石油战略储备工程在我国兴起，其一方面可W应对短期石油供应冲击，另 一方面可W服务国家能源安全，保障原油的不断供给。我国的页岩气储量超过常规天然气， 开发运些非常规能源对于促进经济发展，保护环境具有重要的意义。油气储存于地下水封 桐库中，页岩气的开采也设及到低渗透岩石，而低渗透率岩石的渗透率是油气的存储W及 页岩气的开采等岩石工程的勘探、开发及稳定性评价的重要参数之一。在实际桐库开挖、油 气开采过程中，岩石处于复杂的应力状态。因此需要对符合工程实际的偏应力环境下的渗 透率进行测量。
[0003] 现有的低渗透岩石渗透率测量方法W稳态法及脉冲法为主，其主要存在W下问 题：
[0004] 低渗透岩石在偏应力作用下大多变形、脆性破坏，偏应力在达到峰值后瞬间跌落， 现有的设备很难对岩石破坏过程中及破坏后的渗透率进行测量;而且大多设备采用人工记 录，测量精度不高。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的目的是提供一种全应力应变下低渗透岩石渗透率的测试方 法。
[0006] 技术方案:本发明设及一种全应力应变下低渗透岩石渗透率的测试方法，包括如 下步骤：
[0007] (1)在压力室的气路上端依次连接储气罐和气瓶，气路下端连接用于连通或者阻 断大气压的阀口，然后在储气罐与压力室之间设置第一压力表，在阀口与压力室之间设置 第二压力表，将第一压力表和第二压力表与计算机连接；
[000引（2)打开阀口，将不透气的铁块放置于压力室中，进行系统标定；
[0009] (3)对待测岩样进行物性测量；
[0010] (4)将该岩样放置于压力室中施加围压至试验设定值并保持恒定；
[0011] (5)打开气瓶持续施加渗压，待气流量稳定后，关闭阀口，关闭气瓶，分别记录第一 压力表和第二压力表的数值随时间变化的曲线，当曲线发生线性变化后停止记录，打开阀 n;
[0012] (6)保持渗压，向岩样逐级加载偏压直至岩样破坏，记录该过程中岩样的轴向应变 和环向应变的变化曲线，施加每一级偏压后，待气流量稳定，关闭阀口，记录该偏压下第一 压力表和第二压力表的数值随时间变化的曲线，当曲线发生线性变化后停止记录，打开阀 n;
[0013] (7)在采集的第一压力表和第二压力表的数值变化曲线中选取对应的线性段，进 行拟合，计算所测岩样的渗透率。
[0014] 通过逐级加载偏压直至岩样破坏，保持渗压，在试验过程中实时记录压力室气路 上端和下端的压力随时间的变化曲线，对所得曲线选取相应的线性段拟合，能够准确获知 低渗透岩石整个应力应变过程中的渗透率变化，包括破坏过程中及破坏后的渗透率。
[0015] 其中，步骤(6)中，当待测岩样在偏压作用下，环向应变开始明显偏离线性增加时， 降低偏压加载等级，同时缩短气流量稳定时间。加载每级偏压时，环向变形的程度开始随时 间变化一般呈较稳定的线性增加，当其变化明显偏离该线性时，说明在该级偏压下岩样开 始发生屈服，岩样的渗透率增大的较多，此时通过降低偏压加载等级、缩短气流量稳定时间 可W减缓流变的发生，更为全面地记录应变过程中的渗透率变化。
[0016] 待测岩样持续发生环向变形，当待测岩样在偏压作用下临近破坏直至破坏的过程 中，持续加载偏压，迅速的打开、关闭阀口，第一压力表和第二压力表不间断地记录。此时， 岩样急剧变形，渗透率急剧增大，通过不提供稳定时间避免流变发生，在持续加载偏压的条 件下多次迅速开闭阀口，不间断地记录多次开、关过程中的变化曲线，在最终数据处理时， 选取线性段分段拟合，即可得到峰值应力及破坏后的渗透率。
[0017] 具体的，上述过程中，当轴向应变发生突变时，迅速打开阀口并迅速关闭。当轴向 应变曲线由稳定的线性增加突变为非线性时，说明岩样瞬时变形较大，此时迅速打开阀口 并迅速关闭，记录下此段时间内第一压力表和第二压力表的压力变化。
[0018] 上述步骤(6)中，施加偏压的过程中，通过打开、关闭气瓶保持气路上端的渗压。加 载渗压完成后，气路上端保持稳定的渗压，加载偏压的过程中，通过观察气流量稳定后第一 压力表的读数，获知渗压的变化，当渗压减小时，打开气瓶，直至渗压恢复后，关闭气瓶。
[0019] 其中，步骤(7)中，计算低渗透岩石的渗透率的公式为：
[0022] 式中：K为所测岩样的渗透率，扣为气瓶中气体的粘度，h和A分别为所测岩样的高 度和横截面积，Po为大气压，A t为选取的线性段对应的时间段的时间差，Q为该时间段的稳 定气流量，Pu为第一压力表在该时间段的读数，A P为第二压力表在该时间段的压力差，Vd为 系统标定时测得的岩样气路下端的总体积。
[0023] 测试过程中，计算机会自动记录下两个压力表的读数随时间的变化。由于测试过 程中保持渗压，即第一压力表的值变化较小，而第二压力表的有效值成线性变化，选择一个 线性段进行拟合，该线性段的起止时间确定，对应的Pu、A P就是定值，选取的时间段不一样 的话，Pu、A P的值也会随之变化，从而确定该线性段对应的应力应变下岩样的渗透率。
[0024] 有益效果:与现有技术相比，本发明的显著优点在于：
[0025] (1)本发明开创了低渗透岩石渗透率测试的新方法，测试过程中逐级施加偏压，记 录各级偏压下，气路上端和气路下端的压力随时间变化曲线，然后采用曲线拟合的方式确 定渗透率，能够测得低渗透岩石全应力应变过程中的渗透率变化，同时，通过逐级记录，并 通过打开、关闭气路下端的阀口控制数据记录的起止时间，能够得到更为有效的试验数据， 并可W尽量记录较多的数据点，选取合适的时间段进行拟合，提高整个过程的测量精度；
[0026] (2)本发明在岩样屈服后W及岩样临近破坏至破坏后，通过控制偏压加载W及气 流稳定时间，得到临近峰值应力及破坏后的渗透率，避免偏应力达到峰值后瞬间跌落，无法 测算临界时的渗透率的情况；
[0027] (3)本发明将压力表与计算机连接，通过计算机实时记录曲线变化过程，测量精度 显著提高。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明中测试全应力应变下低渗透岩石渗透率的装置的示意图；
[0029] 图2为图1中压力室的结构示意图；
[0030] 图3为本发明测得的岩石在全应力应变过程中的轴向应变、环向应变、体积应变和 渗透率变化曲线；
[0031] 图4为本发明步骤(7)中选取相应线性段进行拟合后的曲线图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0033] 本发明设及一种全应力应变下低渗透岩石渗透率的测试方法，包括如下步骤：
[0034] (1)如图1，在压力室1的气路上端通过导管依次连接储气罐2和气瓶3，气路下端通 过导管连接用于连通或者阻断空气的阀口 4,然后在气路上端的储气罐2与压力室1之间设 置第一压力表5,在气路下端的阀口 4与压力室1之间设置第二压力表6,将第一压力表5和第 二压力表6与计算机7连接，如可通过USB连接计算机7;气瓶中的气体可为氣气等惰性气体， 气体粘度为Wg;
[0035] (2)打开阀口，将不透气的铁块放置于压力室1中，进行系统标定；
[0036] 分别测量出气路上端的导管和储气罐2的总体积VuW及气路下端的导管和第二压 力表6的总体积Vd;
[0037] (3)对待测岩样进行物性测量;包括该岩样的高度h和横截面积A;
[0038] (4)如图2,将该岩样放置于压力室中，通过围压加载装置8施加围压至试验设定值 并保持恒定；
[0039] (5)打开气瓶持续施加渗压，待气流量稳定后，关闭阀口，关闭气瓶，分别记录第一 压力表和第二压力表的数值随时间变化的曲线，当曲线发生线性变化后停止记录，打开阀 n;如图3所示，曲线d为全应力应变下岩样渗透率的变化曲线，图中A处表示环向应变曲线 开始明显偏离线性增加，B处表示轴向应变发生突变。
[0040] 打开气瓶向岩样施加渗压，第一压力表的