一種較致密巖石三向應(yīng)力條件下氣體滲透系數(shù)測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種較致密巖石三向應(yīng)力條件下氣體滲透系數(shù)測(cè)量方法，具體的說是涉及一種通過記錄不同時(shí)刻上下游壓力差與時(shí)間的關(guān)系，通過繪圖法求得巖石氣體滲透系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法。其測(cè)量步驟包括制備式樣，施加圍壓值，記錄數(shù)值等。該測(cè)量方法適用于不同的巖石種類，如較致密的砂巖、花崗巖、頁巖等?？梢詼y(cè)定不同圍壓、不同偏壓及三軸壓縮破壞過程中的氣體滲透系數(shù)。根據(jù)各應(yīng)力路徑下氣體滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果和其他常規(guī)測(cè)試手段進(jìn)行比較，可以評(píng)估該裝置及方法的可靠性和有效性。
【專利說明】一種較致密巖石三向應(yīng)力條件下氣體滲透系數(shù)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種較致密巖石三向應(yīng)力條件下氣體滲透系數(shù)測(cè)量方法，具體的說是涉及一種通過記錄不同時(shí)刻上下游壓力差與時(shí)間的關(guān)系，通過繪圖法求得巖石氣體滲透系數(shù)的試驗(yàn)裝置及方法。
[0002]
技術(shù)背景
[0003]在現(xiàn)代巖石工程中，巖石的氣體滲透系數(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)參數(shù)，特別是在地下天然氣存儲(chǔ)、頁巖氣開采和核廢料地下存儲(chǔ)工程中。當(dāng)前測(cè)定巖石氣體滲透系數(shù)的方法主要集中在靜水條件下的流量法，然而由于巖石材料所處的環(huán)境復(fù)雜，靜水條件無法完全模擬真實(shí)巖體的賦存環(huán)境，且?guī)r石材料內(nèi)部富含各種缺陷，包括微裂紋、孔隙及節(jié)理裂隙等宏觀非連續(xù)面，其為氣體滲透提供了存儲(chǔ)和運(yùn)移的場(chǎng)所。巖石材料在三向應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)變形，特別是在瞬時(shí)力學(xué)試驗(yàn)過程中，變形速度較快，改變了巖石滲透性能，影響其滲透系數(shù)。氣體滲透系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試樣操作復(fù)雜、試驗(yàn)周期長(zhǎng)且耗資巨大，因此，迫切需要一種測(cè)定不同應(yīng)力路徑下巖石氣體滲透系數(shù)的測(cè)定方法。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述不足提供了一種一種較致密巖石三向應(yīng)力條件下氣體滲透系數(shù)測(cè)量方法。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明種較致密巖石三向應(yīng)力條件下氣體滲透系數(shù)測(cè)量方法，測(cè)量方法步驟如下:
1)、選擇巖樣，制備成試樣，烘干后裝入三軸壓力室中；
2)、通過圍壓加載系統(tǒng)I施加圍壓至預(yù)定值；
3)、待步驟2)中的圍壓穩(wěn)定后，通過偏壓加載系統(tǒng)施加偏壓至預(yù)定值；
4)、待步驟3)中的偏壓穩(wěn)定后，通過氣壓加載系統(tǒng)施加氣壓，至氣體排出系統(tǒng)中有穩(wěn)定的滲透氣體；
5)、關(guān)閉氣體排出系統(tǒng)，使試樣兩端氣體壓力基本維持平衡，形成穩(wěn)定的氣體壓力；
6)、通過氣體加載系統(tǒng)瞬時(shí)增大進(jìn)口氣壓，使巖樣進(jìn)氣口壓力瞬時(shí)大于出氣口壓力，形成瞬時(shí)的滲流壓差，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6記錄上下儲(chǔ)氣罐壓差實(shí)測(cè)值和壓差變化經(jīng)過的時(shí)間；
7)、當(dāng)上下儲(chǔ)氣罐中氣壓相等后，調(diào)節(jié)氣壓加載系統(tǒng)中氣壓值至原值，形成相應(yīng)的氣
壓；
8)、通過偏壓加載系統(tǒng)繼續(xù)增加偏壓，重復(fù)以上步驟4)至步驟7)測(cè)量該應(yīng)力狀態(tài)下氣體滲透系數(shù)，直至巖石破壞。
[0007]有益效果 該測(cè)量方法適用于不同的巖石種類，如較致密的砂巖、花崗巖、頁巖等?？梢詼y(cè)定不同圍壓、不同偏壓及三軸壓縮破壞過程中的氣體滲透系數(shù)。根據(jù)各應(yīng)力路徑下氣體滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果和其他常規(guī)測(cè)試手段進(jìn)行比較，可以評(píng)估該裝置及方法的可靠性和有效性。
[0008]另外，相對(duì)于其他裝置只能測(cè)量靜水條件下的氣體滲透系數(shù)，該試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)巖石三軸壓縮破壞過程中氣體滲透系數(shù)的測(cè)量，相比于傳統(tǒng)的流量法，克服了試驗(yàn)過程中氣體流量測(cè)量誤差大、試驗(yàn)過程長(zhǎng)、試驗(yàn)操作復(fù)雜和只能測(cè)量孔隙率較大巖石的缺點(diǎn)，該方法有著試驗(yàn)過程短、試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單方便、可測(cè)量較致密巖石等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]附圖1是本試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的In (Δ P (t)/A P)與時(shí)間曲線圖附圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的In (Δ P (t)/A P)與時(shí)間曲線圖圖中I是圍壓加載系統(tǒng)，2是偏壓加載系統(tǒng)，3是氣壓加載系統(tǒng)，4是三軸壓力室，5是氣體排出系統(tǒng)，6是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，7是上儲(chǔ)氣罐，8是下儲(chǔ)氣罐，9是氣壓罐，11是第一開關(guān)，12是第二開關(guān)，13是第三開關(guān)，14是第四開關(guān)，15是第五開關(guān)；21是第一壓力表，22是第二壓力表，23是第三壓力表，24是第四壓力表，25是第五壓力表；31是第一圍壓泵，32是第二圍壓泵。
[0010]
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖所示:一種較致密巖石三向應(yīng)力條件下氣體滲透系數(shù)測(cè)量方法，包括圍壓加載系統(tǒng)1，偏壓加載系統(tǒng)2，氣壓加載系統(tǒng)3，三軸壓力室4，氣體排出系統(tǒng)5，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6，上儲(chǔ)氣罐7，下儲(chǔ)氣罐8，氣壓罐9，第一開關(guān)11，第二開關(guān)12，第三開關(guān)13，第四開關(guān)14,第五開關(guān)15,第六開關(guān)16 ;第一壓力表21,第二壓力表22,第三壓力表23,第四壓力表24,第五壓力表25 ;第一圍壓泵31,第二圍壓泵32。
[0012]試驗(yàn)過程中通過圍壓加載系統(tǒng)I施加偏壓，通過偏壓加載系統(tǒng)2施加偏壓，通過氣壓罐9施加進(jìn)氣口氣壓，圍壓泵系統(tǒng)I和偏壓泵系統(tǒng)2中采用油壓控制，氣壓控制系統(tǒng)3通過氣壓罐9、第五開關(guān)5、第六開關(guān)6和上儲(chǔ)氣罐7控制。
[0013]本裝置具體測(cè)定步驟如下:
1)、選擇待測(cè)巖石，制作巖樣，巖樣尺寸為直徑50mm,高度100mm,烘干后安裝在三軸壓力室4中；
2)、向三軸壓力室4中充入圍壓油，充滿后，打開第二開關(guān)12，通過圍壓泵系統(tǒng)I施加預(yù)定圍壓至預(yù)定值，壓力值通過第二壓力表22讀出；
3)、待圍壓穩(wěn)定后，打開第一開關(guān)11，通過偏壓泵2施加偏應(yīng)力至預(yù)定值，壓力值通過第一壓力表21讀出；
4)、打開第四開關(guān)14，關(guān)閉第三開關(guān)13和第五開關(guān)15，打開第六開關(guān)16，通過氣壓罐9給上儲(chǔ)氣罐7中施加氣壓，氣體壓力值通過第五壓力表25讀出；
5)、待上儲(chǔ)氣罐中7中氣體壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉第六開關(guān)16和第四開關(guān)14，緩慢打開第五開關(guān)15施加進(jìn)氣口壓至預(yù)定值后關(guān)閉第五開關(guān)15，氣體壓力值通過第四壓力表24讀出，氣體通過巖樣進(jìn)入下儲(chǔ)氣罐8,氣體排出系統(tǒng)5氣體壓力通過第三壓力表23讀出，第三壓力表23和第四壓力表24壓力值相等，形成了穩(wěn)定的氣壓；
6)、通過控制第五開關(guān)15瞬時(shí)將進(jìn)氣口壓力增加，使巖樣進(jìn)氣口壓力瞬時(shí)大于出氣口壓力，形成瞬時(shí)的氣體滲流壓差Zl八巖樣兩端由于不同的壓力值產(chǎn)生氣體滲流作用，進(jìn)氣口壓力逐漸減小，出氣口壓力逐漸增大，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6記錄上下壓差實(shí)測(cè)值和經(jīng)過的時(shí)間?，根據(jù)公式(I)、(2)和(3)測(cè)定巖石不同應(yīng)力路徑下的滲透系數(shù)。
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種較致密巖石三向應(yīng)力條件下氣體滲透系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于:測(cè)量方法步驟如下: 1)、選擇巖樣，制備成試樣，烘干后裝入三軸壓力室(4)中； 2)、通過圍壓加載系統(tǒng)(I)施加圍壓至預(yù)定值； 3)、待步驟2)中的圍壓穩(wěn)定后，通過偏壓加載系統(tǒng)(2)施加偏壓至預(yù)定值； 4)、待步驟3)中的偏壓穩(wěn)定后，通過氣壓加載系統(tǒng)(3)施加氣壓，至氣體排出系統(tǒng)(5)中有穩(wěn)定的滲透氣體； 5)、關(guān)閉氣體排出系統(tǒng)(5),使試樣兩端氣體壓力基本維持平衡，形成穩(wěn)定的氣體壓力； 6)、通過氣體加載系統(tǒng)(3)瞬時(shí)增大進(jìn)氣口壓，使巖樣進(jìn)氣口壓力瞬時(shí)大于出水口壓力，形成瞬時(shí)的滲流壓差，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(6)記錄上下儲(chǔ)氣罐壓差實(shí)測(cè)值和氣壓差變化經(jīng)過的時(shí)間； 7)、當(dāng)上下儲(chǔ)氣罐中氣壓相等后，調(diào)節(jié)氣壓加載系統(tǒng)(3)中氣壓值至原值，形成相應(yīng)的氣壓； 8)、通過偏壓加載系統(tǒng)(2)繼續(xù)增加偏壓，重復(fù)以上步驟4)至步驟7)測(cè)量該應(yīng)力狀態(tài)下氣體滲透系數(shù)，直至巖石破壞。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK103913409SQ201410125371
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】王偉, 徐衛(wèi)亞, 王環(huán)玲, 李雪浩, 王如賓, 朱其志, 田振元, 賈朝軍, 呂軍 申請(qǐng)人:河海大學(xué)