專利名稱：一種動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法。
背景技術：
隨著國民經濟的發(fā)展，地下資源的開發(fā)已由淺部轉入深部巖層開采，以及在復雜地質條件地區(qū)修建水電站，開鑿隧道等。上述地區(qū)的工程建設都面臨著復雜應力條件下的設計、施工以及工程在滲流條件下的長期穩(wěn)定性問題。因此如何快速高效的測定巖石的滲透特性參數(shù)如滲透率、孔隙度成為迫切需要解決的問題。目前對滲透率、孔隙度的測量多采用單一的方法及設備，如采用滲透儀測量滲透率，用孔隙度儀測量孔隙度，一套設備只能測量一個參數(shù)，且不能完成巖石在復雜應力條件下滲透率、孔隙度在大范圍變化的測量。這樣測量的物理量多，既浪費了時間，又由于巖石加卸載的影響，使測出的滲透率、孔隙度隨圍壓的動態(tài)變化規(guī)律不準確。為了解決傳統(tǒng)測量方法中不能聯(lián)合測量滲透率、孔隙度；測量物理量多，方法繁瑣，耗時耗力；更不能測量不同圍壓下的滲透率、孔隙度。因此，需要一種動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法以解決上述問題。

發(fā)明內容
發(fā)明目的:本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中對致密巖石滲透率和孔隙度的測量方法存在的問題，提供一種可以有效的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法。技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法采用如下技術方案:一種動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，采用致密巖石滲透率和孔隙度聯(lián)合測試裝置，所述致密巖石滲透率和孔隙度聯(lián)合測試裝置包括圍壓控制裝置、巖心壓力室、下游儲氣瓶、上游儲氣瓶、氣壓加載裝置、上游氣壓記錄表、下游氣壓記錄表、上下游氣壓差記錄表和氣壓數(shù)據(jù)采集裝置，所述圍壓控制裝置連通所述巖心壓力室，所述巖心壓力室的上端和下端分別連通所述下游儲氣瓶和上游儲氣瓶，所述巖心壓力室的上端和所述下游儲氣瓶形成下游氣路，所述巖心壓力室的下端和所述上游儲氣瓶形成上游氣路，所述巖心壓力室和所述下游儲氣瓶之間設置有所述下游氣壓記錄表，所述巖心壓力室和所述上游儲氣瓶之間設置有所述上游氣壓記錄表，所述下游儲氣瓶和上游儲氣瓶之間設置有所述上下游氣壓差記錄表，所述上游氣壓記錄表、下游氣壓記錄表和上下游氣壓差記錄表均連接所述氣壓數(shù)據(jù)采集裝置，所述下游儲氣瓶和上游儲氣瓶均連通所述氣壓加載裝置，所述下游儲氣瓶和所述氣壓加載裝置之間設置有閥門，所述上游儲氣瓶和所述氣壓加載裝置之間設置有閥門，其特征在于，包括以下步驟:I)、將巖心放置在所述巖心壓力室中；2)、保持所述上游儲氣瓶打開，所述下游儲氣瓶關閉；
3)、打開所述圍壓控制裝置為所述巖心壓力室加壓到設定值Ptl，關閉所述圍壓控制裝置；4)、打開所述氣壓加載裝置，使得所述下游氣壓記錄表和上游氣壓記錄表的讀數(shù)相同并為步驟3)中所述設定值Ptl ；5)、保持所述氣壓加載裝置打開一段時間，為所述上游氣路增加脈沖壓力Λ P ；6)、利用所述氣壓數(shù)據(jù)采集裝置每隔預訂的時間間隔記錄所述上游氣壓傳感器、下游氣壓傳感器和上下游氣壓傳感器讀數(shù)；7)、打開所述圍壓控制裝置為所述巖心壓力室加壓到另一設定值；8)、重復步驟4)-7)，得到不同圍壓下的試驗數(shù)據(jù)；9)、利用所述氣壓數(shù)據(jù)采集裝置記錄得到的試驗數(shù)據(jù)，計算得到巖石滲透率和孔隙度。更進一步的，所述滲透率k通過下式計算得到:
權利要求
1.一種動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，采用致密巖石滲透率和孔隙度聯(lián)合測試裝置，所述致密巖石滲透率和孔隙度聯(lián)合測試裝置包括圍壓控制裝置(I )、巖心壓力室(2)、下游儲氣瓶(3)、上游儲氣瓶(4)、氣壓加載裝置(5)、上游氣壓記錄表(6)、下游氣壓記錄表(7)、上下游氣壓差記錄表(8)和氣壓數(shù)據(jù)采集裝置(9)，所述圍壓控制裝置(I)連通所述巖心壓力室(2 )，所述巖心壓力室(2 )的上端和下端分別連通所述下游儲氣瓶(3)和上游儲氣瓶(4)，所述巖心壓力室(2)的上端和所述下游儲氣瓶(3)形成下游氣路，所述巖心壓力室(2)的下端和所述上游儲氣瓶(4)形成上游氣路，所述巖心壓力室(2)和所述下游儲氣瓶(3)之間設置有所述下游氣壓記錄表(6)，所述巖心壓力室(2)和所述上游儲氣瓶(4)之間設置有所述上游氣壓記錄表(7)，所述下游儲氣瓶(3)和上游儲氣瓶(4)之間設置有所述上下游氣壓差記錄表(8)，所述上游氣壓記錄表(6)、下游氣壓記錄表(7)和上下游氣壓差記錄表(8 )均連接所述氣壓數(shù)據(jù)采集裝置(9 )，所述下游儲氣瓶(3 )和上游儲氣瓶(4)均連通所述氣壓加載裝置(5)，所述下游儲氣瓶(3)和所述氣壓加載裝置(5)之間設置有閥門，所述上游儲氣瓶(4)和所述氣壓加載裝置(5)之間設置有閥門，其特征在于，包括以下步驟: 1)、將巖心放置在所述巖心壓力室(2)中； 2)、保持所述上游儲氣瓶(4)打開，所述下游儲氣瓶(3)關閉； 3)、打開所述圍壓控制裝置(I)為所述巖心壓力室(2)加壓到設定值Ptl，關閉所述圍壓控制裝置(I); 4)、打開所述氣壓加載裝置(5)，使得所述下游氣壓記錄表(6)和上游氣壓記錄表(7)的讀數(shù)相同并為步驟3)中所述設定值Ptl ； 5)、保持所述氣壓加載裝置(5)打開一段時間，為所述下游氣路增加脈沖壓力ΛP ； 6)、利用所述氣壓數(shù)據(jù)采集裝置(9)每隔預訂的時間間隔記錄所述上游氣壓傳感器(6)、下游氣壓傳感器(7)和上下游氣壓傳感器(8)讀數(shù)； 7)、打開所述圍壓控制裝置(I)為所述巖心壓力室(2)加壓到另一設定值； 8)、重復步驟4)-7)，得到不同圍壓下的試驗數(shù)據(jù)； 9)、利用所述氣壓數(shù)據(jù)采集裝置(9)記錄得到的試驗數(shù)據(jù)，計算得到巖石滲透率和孔隙度。
2.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述滲透率k通過下式計算得到: ,CLiLViV.,八V1AP=APf (V1+V2) f 0+~^Τ ζ P1-P2 = Δ Pexp (-ct) 式中，A為巖心橫截面的面積，c為計算過程中的參數(shù)，其大小隨試樣兩端氣壓的變化而變化，由上述第三個方程確定，Pf為平衡壓力，t為滲流時間，μ為氣體粘度，V1和V2分別為巖心上下端導管及儲氣瓶的體積(m3)，P0為試驗開始時巖心兩端的氣壓(MPa)，Λ P為脈沖壓力(MPa)，P1和P2分別為脈沖試驗過程中t時刻巖心上下兩端壓力值(MPa)。
3.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述孔隙度通過下式計算得到:
4.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，步驟5)中保持所述氣壓加載裝置(5)打開的時間為4-6分鐘。
5.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述圍壓控制裝置(I)為液壓泵。
6.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述氣壓加載裝置(5)為儲氣瓶。
7.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述氣壓加載裝置(5)的出口處設置有閥門。
8.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述上游儲氣瓶(3)和下游儲氣瓶(4)的兩端均設置有閥門。
9.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，所述氣壓數(shù)據(jù)采集裝置(9)為計算機。
10.如權利要求1所述的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，其特征在于，步驟6)中所述預定的時間間隔為5-100秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法，包括圍壓控制裝置、巖心壓力室、下游儲氣瓶、上游儲氣瓶、氣壓加載裝置、上游氣壓記錄表、下游氣壓記錄表、上下游氣壓差記錄表和計算機。本發(fā)明的動態(tài)圍壓下聯(lián)合測定致密巖石滲透率和孔隙度的方法所需要測量的物理量少，操作簡單；實現(xiàn)了對滲透率、孔隙度在復雜應力下的動態(tài)測量，對于滲透率低于10-17m2，孔隙度小于1.5%的致密巖石的測量時間短，精度高；實現(xiàn)了對試驗數(shù)據(jù)的自動記錄，試驗結果更精確并提高了試驗效率；得到不同壓力下的試驗數(shù)據(jù)，用以一次性計算滲透率、孔隙度。
文檔編號G01N7/10GK103207138SQ20131012066
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權日2013年4月8日
發(fā)明者徐衛(wèi)亞, 賈朝軍, 王如賓, 張久長, 張強, 顧錦健, 王欣, 俞雋 申請人:河海大學