專利名稱：一種動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)定致密巖石滲透率和孔隙度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)定致密巖石滲透率和孔隙度的方法。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下資源的開(kāi)發(fā)已由淺部轉(zhuǎn)入深部巖層開(kāi)采，以及在復(fù)雜地質(zhì)條件地區(qū)修建水電站，開(kāi)鑿隧道等。上述地區(qū)的工程建設(shè)都面臨著復(fù)雜應(yīng)力條件下的設(shè)計(jì)、施工以及工程在滲流條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題。因此如何快速高效的測(cè)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(wèn)題。目前對(duì)滲透率、孔隙度的測(cè)量多采用單一的方法及設(shè)備，如采用滲透儀測(cè)量滲透率，用孔隙度儀測(cè)量孔隙度，一套設(shè)備只能測(cè)量一個(gè)參數(shù)，且不能完成巖石在復(fù)雜應(yīng)力條件下滲透率、孔隙度在大范圍變化的測(cè)量。這樣測(cè)量的物理量多，既浪費(fèi)了時(shí)間，又由于巖石加卸載的影響，使測(cè)出的滲透率、孔隙度隨圍壓的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律不準(zhǔn)確。為了解決傳統(tǒng)測(cè)量方法中不能聯(lián)合測(cè)量滲透率、孔隙度；測(cè)量物理量多，方法繁瑣，耗時(shí)耗力；更不能測(cè)量不同圍壓下的滲透率、孔隙度。因此，需要一種動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)定致密巖石滲透率和孔隙度的方法以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)致密巖石滲透率和孔隙度的測(cè)量方法存在的問(wèn)題，提供一種可以有效的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)定致密巖石滲透率和孔隙度的方法。技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)定致密巖石滲透率和孔隙度的方法采用如下技術(shù)方案:一種動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(cè)試裝置，所述致密巖石滲透率和孔隙度聯(lián)合測(cè)試裝置包括圍壓控制裝置、巖心壓力室、下游儲(chǔ)氣瓶、上游儲(chǔ)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(chǔ)氣瓶和上游儲(chǔ)氣瓶，所述巖心壓力室的上端和所述下游儲(chǔ)氣瓶形成下游氣路，所述巖心壓力室的下端和所述上游儲(chǔ)氣瓶形成上游氣路，所述巖心壓力室和所述下游儲(chǔ)氣瓶之間設(shè)置有所述下游氣壓記錄表，所述巖心壓力室和所述上游儲(chǔ)氣瓶之間設(shè)置有所述上游氣壓記錄表，所述下游儲(chǔ)氣瓶和上游儲(chǔ)氣瓶之間設(shè)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(chǔ)氣瓶和上游儲(chǔ)氣瓶均連通所述氣壓加載裝置，所述下游儲(chǔ)氣瓶和所述氣壓加載裝置之間設(shè)置有閥門(mén)，所述上游儲(chǔ)氣瓶和所述氣壓加載裝置之間設(shè)置有閥門(mén)，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(chǔ)氣瓶打開(kāi)，所述下游儲(chǔ)氣瓶關(guān)閉；
3)、打開(kāi)所述圍壓控制裝置為所述巖心壓力室加壓到設(shè)定值Ptl，關(guān)閉所述圍壓控制裝置；4)、打開(kāi)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(shè)定值Ptl ；5)、保持所述氣壓加載裝置打開(kāi)一段時(shí)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(yù)訂的時(shí)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(kāi)所述圍壓控制裝置為所述巖心壓力室加壓到另一設(shè)定值；8)、重復(fù)步驟4)-7)，得到不同圍壓下的試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到巖石滲透率和孔隙度。更進(jìn)一步的，所述滲透率k通過(guò)下式計(jì)算得到:
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(cè)試裝置，所述致密巖石滲透率和孔隙度聯(lián)合測(cè)試裝置包括圍壓控制裝置(I )、巖心壓力室(2)、下游儲(chǔ)氣瓶(3)、上游儲(chǔ)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(chǔ)氣瓶(3)和上游儲(chǔ)氣瓶(4)，所述巖心壓力室(2)的上端和所述下游儲(chǔ)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(chǔ)氣瓶(4)形成上游氣路，所述巖心壓力室(2)和所述下游儲(chǔ)氣瓶(3)之間設(shè)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(chǔ)氣瓶(4)之間設(shè)置有所述上游氣壓記錄表(7)，所述下游儲(chǔ)氣瓶(3)和上游儲(chǔ)氣瓶(4)之間設(shè)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(chǔ)氣瓶(3 )和上游儲(chǔ)氣瓶(4)均連通所述氣壓加載裝置(5)，所述下游儲(chǔ)氣瓶(3)和所述氣壓加載裝置(5)之間設(shè)置有閥門(mén)，所述上游儲(chǔ)氣瓶(4)和所述氣壓加載裝置(5)之間設(shè)置有閥門(mén)，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(chǔ)氣瓶(4)打開(kāi)，所述下游儲(chǔ)氣瓶(3)關(guān)閉； 3)、打開(kāi)所述圍壓控制裝置(I)為所述巖心壓力室(2)加壓到設(shè)定值Ptl，關(guān)閉所述圍壓控制裝置(I); 4)、打開(kāi)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(shè)定值Ptl ； 5)、保持所述氣壓加載裝置(5)打開(kāi)一段時(shí)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(yù)訂的時(shí)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(kāi)所述圍壓控制裝置(I)為所述巖心壓力室(2)加壓到另一設(shè)定值； 8)、重復(fù)步驟4)-7)，得到不同圍壓下的試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到巖石滲透率和孔隙度。
2.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(guò)下式計(jì)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(jì)算過(guò)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(gè)方程確定，Pf為平衡壓力，t為滲流時(shí)間，μ為氣體粘度，V1和V2分別為巖心上下端導(dǎo)管及儲(chǔ)氣瓶的體積(m3)，P0為試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)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(yàn)過(guò)程中t時(shí)刻巖心上下兩端壓力值(MPa)。
3.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(guò)下式計(jì)算得到:
4.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(kāi)的時(shí)間為4-6分鐘。
5.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(chǔ)氣瓶。
7.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(shè)置有閥門(mén)。
8.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(chǔ)氣瓶(3)和下游儲(chǔ)氣瓶(4)的兩端均設(shè)置有閥門(mén)。
9.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(jì)算機(jī)。
10.如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(yù)定的時(shí)間間隔為5-100秒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)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(chǔ)氣瓶、上游儲(chǔ)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(jì)算機(jī)。本發(fā)明的動(dòng)態(tài)圍壓下聯(lián)合測(cè)定致密巖石滲透率和孔隙度的方法所需要測(cè)量的物理量少，操作簡(jiǎn)單；實(shí)現(xiàn)了對(duì)滲透率、孔隙度在復(fù)雜應(yīng)力下的動(dòng)態(tài)測(cè)量，對(duì)于滲透率低于10-17m2，孔隙度小于1.5%的致密巖石的測(cè)量時(shí)間短，精度高；實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄，試驗(yàn)結(jié)果更精確并提高了試驗(yàn)效率；得到不同壓力下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用以一次性計(jì)算滲透率、孔隙度。
文檔編號(hào)G01N7/10GK103207138SQ20131012066
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者徐衛(wèi)亞, 賈朝軍, 王如賓, 張久長(zhǎng), 張強(qiáng), 顧錦健, 王欣, 俞雋 申請(qǐng)人:河海大學(xué)