CN103063557A - 一种岩石气体渗透测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定装置及测定方法，具体地说是涉及一种通过记录不同时刻岩石试样材料两端的轴向气压差，推求岩石试样材料的气体渗透率的方法。压力室与气压加载***、围压加载***连接；压力室与围压加载***之间布置气压控制面板。本发明提供的岩石气体渗透测定装置及测定方法，该测定方法有效的解决了低渗透岩石渗透率的测定方法。岩石气体渗透率的测定结果和其它常规测试手段进行比较，可以评估该方法的可靠性和有效性。该方法有着试验过程短，操作简单方便等优点。

Description

一种岩石气体渗透测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及一种测定装置及测定方法，具体地说是涉及一种通过记录不同时刻岩石试样材料两端的轴向气压差，推求岩石试样材料的气体渗透率的方法。

背景技术

在核废料地下处置、能源地下存储和深埋地下工程中，低渗透率岩石的渗透特性的测试是难点。对于地下能源储存，低渗透率岩石的渗透率以及渗透率随温度、应力状态的变化是评价洞库长期稳定性的前提。因此，迫切需要研究一种新的快速有效的确定低渗透岩石渗透率的方法。在这种背景下，发展了一种新的岩石气渗透率测定方法，发明了新的岩石气体渗透性测试***。

发明内容

本发明针对上述不足采用如下技术方案：

本发明所述的一种岩石气体渗透测定装置，包括压力室，气压加载***，围压加载***；压力室与气压加载***、围压加载***连接；还包括气压控制面板；所述的压力室与围压加载***之间布置气压控制面板。

本发明所述的岩石气体渗透测定装置，所述的气压控制面板包括气压传感器，气体缓冲容器，管道，气压传感器布置在气压控制面板上，两个气体缓冲容器分别通过管道与压力室中的围压室、压力室的顶端连接。

本发明所述的岩石气体渗透测定装置的测定方法，步骤如下：

1）制备试样，将制备好的试样放入压力室内；将压力室与气压控制面板、围压加载***连接；

2）关闭压力室的下端进气阀门，并使压力室上端进气口与大气相通

3）、通过围压加载***设置一定围压值；

4）、打开气压加载***，打开压力室下端进气阀门；

5）、通过气体控制面板调节渗透气压P,记录P随时间的变化；

6）、根据步骤5的记录数据，根据如下公式：

$k=\frac{2\mathrm{\μLv\Δ}{P}_1}{A(P_{\mathrm{moy}}^2-P_0^2)\mathrm{\Δt}}$

计算岩石气体渗透率。

有益效果

本发明提供的岩石气体渗透测定装置及测定方法，该测定方法有效的解决了低渗透岩石渗透率的测定问题。岩石气体渗透率的测定结果和其它常规测试手段进行比较，可以评估该方法的可靠性和有效性。该方法有着试验过程短，操作简单方便等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制面板结构示意图；

图中1是压力室，2是围压加载***，3是气压控制面板，4是气压传感器，5是气压加载***，6是气体缓冲容器，7是管道，8是阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明：

如图所示：一种岩石气体渗透测定装置，包括压力室1，围压加载***2，气压控制面板3，气压传感器4，气压加载***5，气体缓冲容器6，管道7，阀门8。

压力室1与气压加载***5、围压加载***2连接；气压控制面板3；所述的压力室1与围压加载***2之间布置气压控制面板3。

气压控制面板3包括气压传感器4，气体缓冲容器6，管道7，气压传感器4布置在气压控制面板3上，两个气体缓冲容器6分别通过管道7与压力室1中的底端及顶端连接。

岩石气体渗透测定装置的测定方法，步骤如下：

1）制备试样，将制备好的试样放入压力室1内；将压力室1与气压控制面板3、围压加载***2连接；

2）关闭压力室1的下端进气阀门，并使压力室1上端进气口与大气相通

3）、通过围压加载***2设置一定的围压值；

4）、打开气压加载***5，打开压力室1下端进气阀门；

5）、通过气体控制面板3调节渗透气压P,记录P随时间的变化；

6）、根据步骤5的记录数据，根据公式9计算岩样气体渗透率。

压力室内气体压力的表达式为：

$P\left(x\right)=\sqrt{{P_1}^2(1-\frac{x}{L})+{P_0}^2\left(\frac{x}{L}\right)}$ (0≤x≤L)   （1）

式中P₁、P₀分别为压力室进气端和出气端压力，x为岩样内任意一点距离进气端岩样边界的距离，L为岩样长度。

根据达西定律，对于一维渗流有：

式中Q为流体流量，k为岩样渗透率，A为岩样的横截面面积，μ是流体介质的粘度。

将（1）式带入（2）式，并令x=0得到压力室进气端气体流量的表达式为， $Q_1=\frac{\mathrm{kA}({P_0}^2-{P_1}^2)}{2\mathrm{\μL}{P}_1}---\left(3\right).$

记t=0时刻进气端压力为P₁，t=Δt时刻进气端压力为P₁-ΔP₁，平均值记为

其中ΔP₁为进气端气压变化量。

由理想气体状态方程

得到： $\frac{P_1}{{\mathrm{\ρ}}_1}=\frac{P_1-\mathrm{\Δ}{P}_1}{{\mathrm{\ρ}}_1-{\mathrm{\Δ\ρ}}_1}=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1}{{\mathrm{\Δ\ρ}}_1},$ 进而得到 ${\mathrm{\Δ\ρ}}_1=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1\×\mathrm{\Δ}{P}_1}{P_1}---\left(5\right).$

从t=0时刻到t=Δt时刻，记压力室内气体质量变化为Δm，

Δm=v×Δρ₁，进而得到其中v为压力室体积。

同时Δm=ρ_moy×Q_moy×Δt（7），其中ρ_moy和Q_moy分别为从t=0时刻到t=Δt时刻压力室内的平均气体密度和平均气体质量。

由（6）式和（7）式可以得到

结合（3）式和（8）式即可得到岩样气体渗透率的表达式: $k=\frac{2\mathrm{\μLv\Δ}{P}_1}{A(P_{\mathrm{moy}}^2-{P_0}^2)\mathrm{\Δt}}---\left(9\right),$ 式中 $P_{\mathrm{moy}}=P_1-\frac{\mathrm{\Δ}{P}_1}{2}.$

实施例1：

1）该实例为测定低渗透性花岗片麻岩岩样气体渗透率。

2）岩样选取直径约为50mm，高度约为50mm的圆柱体，上下面均用机器研磨光滑、平整。

3）将岩样置于压力室中，将压力室分别与围压加载***和气体控制面板相连接。关闭压力室下端进气阀门，并使压力室上端进气口与大气相通。

4）通过围压加载***，设置一定的围压值Pc，假定为2MPa。

5）打开气压加载***，打开压力室下端进气阀门；通过气体控制面板调节渗透气压P,设定初始P₀为10Bar，记录P降低为9.98Bar时所需的时间约为38分钟45秒。

6）将上述测量值带入公式（9）即可算出岩样在围压为2MPa时的气体渗透率。

Claims (3)

1.一种岩石气体渗透测定装置，包括压力室（1），围压加载***（2）、气压加载***（5）；压力室（1）与气压加载***（5）、围压加载***（2）连接；其特征在于：还包括气压控制面板（3）；所述的压力室（1）与气压加载***（5）之间布置气压控制面板（3）。

2.根据权利要求1所述的岩石气体渗透测定装置，其特征在于：所述的气压控制面板（3）包括气压传感器（4），气体缓冲容器（6），管道（7），气压传感器（4）布置在气压控制面板（3）上，两个气体缓冲容器（6）分别通过管道（7）与压力室（1）中的围压室、压力室（1）的顶端连接。

3.利用权利要求1所述的岩石气体渗透测定装置的测定方法，其特征在于：步骤如下：

1）制备试样，将制备好的试样放入压力室（1）内；将压力室（1）与气压控制面板（3）、围压加载***（5）连接；

2）关闭压力室（1）的下端进气阀门，并使压力室（1）上端进气口与大气相通

3）、通过围压加载***（5）设置一定的围压值； 

4）、打开气压加载***（2），打开压力室（1）下端进气阀门；

5）、通过气体控制面板（3）调节渗透气压P,记录P随时间的变化；

6）、根据步骤5的记录数据，根据如下公式：

计算岩石气体渗透率。

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