CN103575631A - 岩石渗透性测试***及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种岩石渗透性测试***，其特征在于包括：围压控制装置（1）、岩心压力室（2）、孔隙度测量***（3）、上游储气瓶（4）、下游储气瓶（5）、上游气压记录表（6）、下游气压记录表（7）、上下游气压差记录表（8）、高纯度氩气瓶（9）和高精度气压记录仪（10）。本发明还公开利用这种岩石渗透性测试***对岩样进行渗透性测试的方法。本发明的岩石渗透特性测试***操作简单；所需测量的物理量少；测量范围广；可用于测量渗透率高于10^-15m²的普通岩石，以及低渗透岩石甚至超低渗透岩石，测量精度达到了10^-24m²。

Description

岩石渗透性测试***及测试方法

技术领域

本发明涉及一种岩石渗透性测试***及测试方法。

背景技术

岩石是天然产出的具有稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成。岩石按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩石是构成地壳和上地幔的物质基础，岩石由于形成的不同，同时经过物理变化或者化学变化，才形成了如今丰富多彩的地质形态。

许多大型工程都要求建于岩石之上，而岩石的渗透特性对于这些大型工程建造及运行都有着重要的影响，因此如何准确测量岩石的渗透特性显得至关重要。影响岩石渗透特性的因素很多，渗透率和孔隙度是其中最重要的因素。岩石作为一种多孔介质，其渗透率和孔隙度变化范围很大，渗透率甚至相差10个数量级以上，因实验仪器和方法的限制，很难用单一的装置完成不同种类岩石渗透特性的测量。例如，现有设备只能单独完成渗透率或者孔隙度的测量；在测量渗透率时，现有设备只能测量普通岩石（渗透率大于10^-15m²）或者低渗透岩石（渗透率小于10^-18m²）。在地下能源储备、核废料存储、石油勘探开发、水利水电工程建设等方面，我们面临着同一个工程不同的地层岩性不同甚至相差很大的问题，而***的测量不同地层的岩石的渗透特性关系到工程的设计、施工及长期稳定的运行。特别是目前兴起的页岩气开发方面，对于超低渗透（渗透率小于10^-21m²），现有设备的测量精度不高，甚至无法测量。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能针对不同岩石进行有效测量的岩石渗透性测试***。

技术方案：本发明所述的岩石渗透性测试***，包括：围压控制装置、岩心压力室、孔隙度测量***、上游储气瓶、下游储气瓶、上游气压记录表、下游气压记录表、上下游气压差记录表、高纯度氩气瓶和高精度气压记录仪；

所述围压控制装置与所述岩心压力室连接为岩心压力室提供压力；所述岩心压力室的上端与一个四通装置的第一接口连接；所述四通装置的第二接口与所述高精度气压记录仪连接；所述四通装置的第三接口与阀门连接控制其与空气相通；

所述上游储气瓶和下游储气瓶分别与管路连接形成第一气路和第二气路；所述第一气路和所述第二气路的一端都连接到所述高纯度氩气瓶上；所述第一气路的另一端连接到所述孔隙度测量系的一端，所述孔隙度测量***的另一端分别连接到所述岩心压力室的下端和所述四通装置的第四接口；所述第二气路的另一端连接到所述四通装置的第四接口；

所述上游气压记录表设置在第一气路中；所述下游气压记录表设置在第二气路中；所述上下游气压差记录表设置在第一气路和第二气路之间。

优选地，所述围压控制装置提供的压力为液压，所述围压控制装置为围压泵，优选为可以自由控制压力的油压泵。

所述孔隙度测量***包括气压记录仪、钢瓶、管道、三个阀门和计算机；第一阀门设置在钢瓶的一端，与所述第一气路连接；第二阀门和第三阀门设置在钢瓶的另一端，分别与所述岩心压力室的下端和所述四通装置的第四接口连接；所述气压记录仪与所述钢瓶的进口管道连接对其进行气压测量，并将测量的气压值发送到计算机。

所述岩心压力室与直径为50mm，高度为30～70mm的圆柱形岩样匹配，岩心压力室中岩样由高性能橡胶套包裹后进行测量。

所述高纯度氩气瓶上设置有调压阀，可调节第一气路和第二气路中的压力。各装置之间都连有阀门，可以自己开启与关闭。

优选地，所述第一气路和所述第二气路都固定在控制面板上。

利用本发明岩石渗透性测试***对岩样进行渗透性测试的方法，包括如下步骤：

（1）对孔隙度测量***参数进行校准；校准方法为：将标准铁芯置于岩心压力室中，关闭孔隙度测量***的第二阀门和第三阀门，打开第一阀门，采集气压记录仪的读数，当读数两分钟不发生变化时，记录此时的气压记录仪的读数；打开第二阀门和第三阀门，同样当读数两分钟不发生变化时，记录此时的气压记录仪（31）的读数；

（2）准备用于测试的岩样，测量其直径，高度并拍照；

（3）将岩样用橡胶套包裹后置于岩心压力室中；

（4）打开围压控制装置的阀门，为岩心压力室加压；

（5）测量岩样的孔隙度，具体方法如下：

1)打开四通装置的阀门使其一端与空气相连，关闭第二气路与四通装置相连的阀门以及高精度气压记录仪的阀门；

2)关闭孔隙度测量***的第二阀门和第三阀门；

3)打开高纯度氩气瓶，调节调压阀旋钮为孔隙度测量***中钢瓶充气直至孔隙度测量***中气压记录仪的度数为7.5～8.5bar；

4)观察孔隙度测量***中气压记录仪的度数变化，当度数下降幅度小于0.001bar/3min时，记录下此刻的度数p′₁，关闭四通装置连接大气的阀门，打开孔隙度测量***的第二阀门和第三阀门，使得孔隙度测量***与岩心压力室形成一个密闭的***；观察气压记录仪的下降幅度小于0.001bar/5min时，记录下此刻的气压记录仪的度数p′₂；

岩样孔隙度的计算：

p′₁×V₁=P′₂×(V₁+V_v)        (12)

$n=\frac{V_v}{V}\×100\%---\left(13\right)$

式中，n为孔隙度，以百分数表示；V_v为试样孔隙体积（m²），其中也包括裂隙体积；V为试样体积（m²）。P₁为气压记录仪（31）的初始度数，p₂为最终稳定状态时气压记录仪（31）的度数，V₁为孔隙度测试***的固有体积；

（6）根据岩样的性质，判断岩样渗透率的具体测量方法：如果岩样的渗透率高于10^-15m²，使用准静态法测量，具体方法如下：

1)关闭孔隙度测量***的第三阀门，打开四通装置与大气连接的阀门；

2)调节高纯度氩气瓶的调压阀旋钮，使得第一气路中的压力为9.5～10.5bar；

3)等待10min后，待***气压下降稳定开始记录上游气压记录表每下降0.05bar记录下所需时间，记录6个点；

由上游气压记录表的变化可以得出进气端的流量变化，由达西定律可以得出岩样的渗透率计算方法如下：

$k=\frac{2\mathrm{\μLv\Δ}{P}_1}{A(P_{\mathrm{moy}}^2-{P_0}^2)\mathrm{\Δt}}---\left(1\right)$

式中：k为岩石的气体渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)(氩气粘滞系数为2.2×10-5Pa·s)，L为岩样高度(m)，△P1为进气端压力的下降值(MPa)，△t为压力下降△P1所需时间(s)，A为岩样的横截面积(m²)，P₀为标准大气压(0.1MPa)，P_moy为进气端压力由P₁下降△P1过程中的平均压力，按照下式计算：

$P_{\mathrm{moy}}=P_1-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1}{2}---\left(2\right)$

P₁为进气端气体压力初始值(MPa)；

如果岩样的渗透率在10^-18～10^-15m²之间，使用脉冲法，具体方法如下：

1)关闭四通装置与空气相连的阀门以及高精度气压记录仪的阀门，打开第二气路与四通装置相连的阀门；

2)调节阀门使得第一气路与第二气路贯通；调节调压阀旋钮，使得整个气路的压力保持在9.5～10.5bar；

3)稳定30min后，再次调节调压阀旋钮使得上下游气压差记录表的读数为4.5～5.5bar；

4)等待5min后，上下游气压差记录表每下降0.05bar记录下所需时间，记录6个点；

岩样的渗透率计算方法如下：

$k=\frac{\mathrm{c\μL}{V}_1{V}_2}{{\mathrm{Ap}}_f^{\′\′}(V_1+V_2)},p_f^{\′\′}=p_f^{\′\′}+\frac{V_1\mathrm{\Δp}\′\′}{V_1+V_2},$ p₁′′-p₂′′=Δp′′exp(-ct)；

其中，k为岩心渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)，L为试样高度(m)，V₁和V₂分别为岩心上下端导管及储气瓶的体积(m³),P_f为压力稳定后试样两端的平均压力(MPa)，p₀′′为试验开始时岩心两端的气压(MPa)，Δp′′为脉冲压力(MPa)，p₁′′和p₂′′分别为脉冲试验过程中,t时刻岩心上下两端压力值(MPa)；

如果岩样的渗透率低于10^-18m²，使用气体流量法，气体流量法是对准静态法的改进，具体方法如下：

1)关闭四通装置与空气相连的阀门以及第二气路与四通装置相连的阀门，

打开高精度气压记录仪阀门；

2)调节调压阀旋钮，使得第一气路中的压力为9.5～10.5bar；

3)等待10min后，***气压下降稳定，关闭高精度气压记录仪阀门，记录气压上升20×10^-3bar所需时间；

气体流量法通过在出口端增加了一个高精度流量计，通过测定的气体压力，得出口端的流量，对于同一个管道来说，出口流量与进口流量相同，因此该方法与准静态法由进气端的压力变化得出的流量变化原理相同，因此计算渗透率的公式如同式(1)：

$k=\frac{2\mathrm{\μLv\Δ}{P}_1}{A(P_{\mathrm{moy}}^2-{P_0}^2)\mathrm{\Δt}}---\left(1\right)$

式中：k为岩石的气体渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)(氩气粘滞系数为2.2×10-5Pa·s)，L为岩样高度(m)，△P1为进气端压力的下降值(MPa)，△t为压力下降△P1所需时间(s)，A为岩样的横截面积(m²)，P₀为标准大气压(0.1MPa)，P_moy为进气端压力由P₁下降△P1过程中的平均压力，按照下式计算：

$P_{\mathrm{moy}}=P_1-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1}{2}---\left(2\right)$

P₁为进气端气体压力初始值(MPa)。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明的岩石渗透特性测试***操作简单；所需测量的物理量少；测量范围广；可用于测量渗透率高于10^-15m²的普通岩石，以及低渗透岩石甚至超低渗透岩石，测量精度达到了10^-24m²；针对不同的岩石材料，使用不同的测试方法，对于普通岩石采用准静态法，对于低渗透岩石采用压力脉冲法，对于超低渗透岩石采用气体流量法；测量过程中三种方法自由切换，使用方便；同时利用本***可同时完成孔隙度的测量，高精度气压记录仪可以实现电脑自己记录数据，使得孔隙度测量结果更精确。此测试***可用于研究应力变化时，渗透率和孔隙度的变化规律。

附图说明

图1为本发明的测试***连接示意图；

图2是本发明的压力室示意图；

图3是本发明的孔隙度测量***示意图；

图4是本发明的岩样气体渗透示意图；

图中，1、围压控制装置；2、岩心压力室；3、孔隙度测量***；4、上游储气瓶；5、下游储气瓶；6、上游气压记录表；7、下游气压记录表；8、上下游气压差记录表；9、高纯度氩气瓶；10、高精度气压记录仪；11、第一气路；12、第二气路；13、多孔金属垫片；14、高性能橡胶；15、岩样；31、气压记录仪；32、钢瓶；33、计算机。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：本发明岩石渗透性测试***，如图1所示，包括：围压控制装置1、岩心压力室2、孔隙度测量***3、上游储气瓶4、下游储气瓶5、上游气压记录表6、下游气压记录表7、上下游气压差记录表8、高纯度氩气瓶9和高精度气压记录仪10；所述围压控制装置1与所述岩心压力室2连接为岩心压力室提供液压，围压控制装置1为液压泵，装置中有记录表可以自由控制压力值；所述岩心压力室2如图2所示，其上端与一个四通装置的第一接口连接；所述四通装置的第二接口与所述高精度气压记录仪10连接；所述四通装置的第三接口与阀门连接控制其与空气相通；所述上游储气瓶4和下游储气瓶5分别与管路连接形成第一气路11和第二气路12；所述第一气路11和所述第二气路12的一端都连接到所述高纯度氩气瓶9上，所述高纯度氩气瓶9上设置有调压阀；所述第一气路11的另一端连接到所述孔隙度测量***3的一端，所述孔隙度测量***3的另一端分别连接到所述岩心压力室2的下端和所述四通装置的第四接口；所述第二气路12的另一端连接到所述四通装置的第四接口；所述上游气压记录表6设置在第一气路11中；所述下游气压记录表7设置在第二气路12中；所述上下游气压差记录表8设置在第一气路和第二气路之间。所述第一气路11和所述第二气路12都固定在控制面板上。

所述孔隙度测量***3如图3所示，包括气压记录仪31、钢瓶32、管道、三个阀门和计算机33；第一阀门I设置在钢瓶32的一端，与所述第一气路11连接；第二阀门II和第三阀门III设置在钢瓶32的另一端，分别与所述岩心压力室2的下端和所述四通装置的第四接口连接；所述气压记录仪31与所述钢瓶32的进口管道连接对其进行气压测量，并将测量的气压值发送到计算机33。

利用本发明所述的岩石渗透性测试***对岩样进行渗透性测试的方法，包括如下步骤：

（1）对孔隙度测量***参数进行校准：校准方法为：将标准铁芯置于岩心压力室2中，关闭孔隙度测量***3的第二阀门II和第三阀门III，打开第一阀门I，采集气压记录仪31的读数，当读数两分钟不发生变化时，记录此时的气压记录仪31的读数；打开第二阀门II和第三阀门III，同样当读数两分钟不发生变化时，记录此时的气压记录仪31的读数；

（2）准备用于测试的岩样，测量其直径，高度并拍照；

（3）将岩样用橡胶套包裹后置于岩心压力室2中；

（4）打开围压控制装置1的阀门，为岩心压力室2加压；

（5）测量岩样的孔隙度，具体方法如下：

1)打开四通装置的阀门使其一端与空气相连，关闭第二气路与四通装置相连的阀门以及高精度气压记录仪10的阀门；

2)关闭孔隙度测量***3的第二阀门II和第三阀门III；

3)打开高纯度氩气瓶9，调节调压阀旋钮为孔隙度测量***3中钢瓶32充气直至孔隙度测量***3中气压记录仪31的度数为7.5～8.5bar；

4)观察孔隙度测量***3中气压记录仪31的度数变化，当度数下降幅度小于0.001bar/3min时，记录下此刻的度数p′₁，关闭四通装置连接大气的阀门，打开孔隙度测量***3的第二阀门II和第三阀门III，使得孔隙度测量***3与岩心压力室2形成一个密闭的***；观察气压记录仪31的下降幅度小于0.001bar/5min时，记录下此刻的气压记录仪31的度数p′₂；

岩样孔隙度的计算：

p′₁×V₁=P′₂×(V₁+V_v)      (12)

$n=\frac{V_v}{V}\×100\%---\left(13\right)$

式中，n为孔隙度，以百分数表示；V_v为试样孔隙体积m²，其中也包括裂隙体积；V为试样体积m²。P₁为气压记录仪31的初始度数，p₂为最终稳定状态时气压记录仪31的度数，V₁为孔隙度测试***的固有体积；

（6）根据岩样的性质，判断岩样渗透率的具体测量方法：如果岩样的渗透率高于10^-15m²，使用准静态法测量，具体方法如下：

1)关闭孔隙度测量***3的第三阀门III，打开四通装置与大气连接的阀门；

2)调节高纯度氩气瓶9的调压阀旋钮，使得第一气路中的压力为9.5～10.5bar；

3)等待10min后，待***气压下降稳定开始记录上游气压记录表6每下降0.05bar记录下所需时间，记录6个点；

岩样的渗透率计算方法如下：

$k=\frac{2\mathrm{\μLv\Δ}{P}_1}{A(P_{\mathrm{moy}}^2-{P_0}^2)\mathrm{\Δt}}---\left(1\right)$

式中：k为岩石的气体渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)(氩气粘滞系数为2.2×10-5Pa·s)，L为岩样高度(m)，△P1为进气端压力的下降值(MPa)，△t为压力下降△P1所需时间(s)，A为岩样的横截面积(m²)，P₀为标准大气压(0.1MPa)，P_moy为进气端压力由P₁下降△P1过程中的平均压力，按照下式计算：

$P_{\mathrm{moy}}=P_1-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_1}{2}---\left(2\right)$

P₁为进气端气体压力初始值(MPa)；

如果岩样的渗透率在10^-18～10^-15m²之间，使用脉冲法，具体方法如下：

1)关闭四通装置与空气相连的阀门以及高精度气压记录仪10的阀门，打开第二气路与四通装置相连的阀门；

2)调节阀门使得第一气路与第二气路贯通；调节调压阀旋钮，使得整个气路的压力保持在9.5～10.5bar；

3)稳定30min后，再次调节调压阀旋钮使得上下游气压差记录表8的读数为4.5～5.5bar；

4)等待5min后，上下游气压差记录表8每下降0.05bar记录下所需时间，记录6个点；

岩样的渗透率计算方法如下：

$k=\frac{\mathrm{c\μL}{V}_1{V}_2}{{\mathrm{Ap}}_f^{\′\′}(V_1+V_2)},p_f^{\′\′}=p_0^{\′\′}+\frac{V_1\mathrm{\Δp}\′\′}{V_1+V_2},$ p₁′′-p₂′′=Δ_p′′exp(-ct)；

其中，k为岩心渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)，L为试样高度(m)，V₁和V₂分别为岩心上下端导管及储气瓶的体积(m³),P_f为压力稳定后试样两端的平均压力(MPa)，p₀′′为试验开始时岩心两端的气压(MPa)，Δp′′为脉冲压力(MPa)，p₁′′和p₂′′分别为脉冲试验过程中,t时刻岩心上下两端压力值(MPa)；

如果岩样的渗透率低于10^-18m²，使用气体流量法，具体方法如下：

1)关闭四通装置与空气相连的阀门以及第二气路与四通装置相连的阀门，打开高精度气压记录仪10阀门；

2)调节调压阀旋钮，使得第一气路中的压力为9.5～10.5bar；

3)等待10min后，***气压下降稳定，关闭高精度气压记录仪10阀门，记录气压上升20×10^-3bar所需时间；

岩样的渗透率计算方法如下：

由气体连续性方程、动量方程、状态方程得到气体渗流偏微分方程的一般形式：

$\▿\·(\mathrm{\δ}\frac{K}{\mathrm{\μ}}\frac{p}{Z}\▿p)=\frac{\∂\left(\mathrm{\φ}\frac{p}{Z}\right)}{\∂t}---\left(3\right)$

假定在试验过程中，满足：(1)达西定律成立，即δ=1；(2)渗流气体为理想气体。

则简化上式得到一维气体渗流方程：

$\frac{K}{2\mathrm{\μ}}\frac{{\∂}^2{P}^2}{{\∂x}^2}=\mathrm{\φ}\frac{\∂P}{\∂t}---\left(4\right)$

试验时，方程满足初始条件：t=0时，P|_x=0=P₁

边界条件t≥0时，P|_x=L=P₀

由于所研究的岩石渗透率<10^-17m²，近似的有φ≈0。由此可以解出(4)式，得到压力室内气体压力的表达式为：

$P\left(x\right)=\sqrt{{P_1}^2(1-\frac{x}{L})+{P_0}^2\left(\frac{x}{L}\right)}(0\&le;x\&le;L)---\left(5\right)$

式中，δ为惯性–湍流修正系数；K为气体渗透率（m²）；μ为气体的黏度(Pa·s);p为气体压力(MPa)；φ为孔隙度；Z是偏差因子，理想气体状态方程的修正量；t为渗流时间(s)；P₁为压力室进气端压力(MPa)；P₀为大气压力(0.1MPa)；x为岩心内任一点处横截面距进气端岩心横截面的距离(m)；L为岩心长度(m)。

根据前述假定（1），实验中气体渗流满足达西定律，即

$Q=-\frac{\mathrm{kA}}{\mathrm{\&mu;}}\frac{\&PartialD;P}{\&PartialD;x}---\left(6\right)$

将式(5)带入式(6)并令x=L得到压力室出气端气体流量的表达式为

$Q=\frac{\mathrm{KA}({P_1}^2-{P_2}^2)}{2\mathrm{\&mu;L}{P}_0}---\left(7\right)$

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。Δt时间段内，记压力室内气体质量变化为Δm=v×Δρ₁。

根据前述假定（2），由理想气体状态方程

进而得到

$\mathrm{\&Delta;m}=v\&times;\frac{{\mathrm{\&rho;}}_1\&times;{\mathrm{\&Delta;P}}_1}{P_1}---\left(8\right)$

Δm=ρ_moy×Q_moy×Δt              (9)

$Q_{\mathrm{moy}}=\frac{\mathrm{v\&Delta;}{P}_1}{P_{\mathrm{moy}}\mathrm{\&Delta;t}}---\left(10\right)$

结合式(5)和(10)即可得到岩心气体渗透率的表达式：

$k=\frac{2\mathrm{\&mu;Lv\&Delta;}{P}_1}{A(P_{\mathrm{moy}}^2-P_0^2)\mathrm{\&Delta;t}}---\left(11\right)$

其中

式中Q为出口端气体流量(m³/s)；μ为气体的粘滞系数(Pa·s)，L为试样高度(m)，A为岩心的横截面面积(m²)；v为岩心体积(m³)；ρ_moy和Q_moy分别为Δt时间段内，压力室内的平均气体密度(kg/m³)和压力室进气端平均气体流量(m³/s)；P1为岩样进气端压力，△P1为进气端压力的下降值(MPa)，△t为压力下降△P1所需时间(s)。因此气体流量法与准静态法的计算渗透率的公式相同。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种岩石渗透性测试***，其特征在于包括：围压控制装置（1）、岩心压力室（2）、孔隙度测量***（3）、上游储气瓶（4）、下游储气瓶（5）、上游气压记录表（6）、下游气压记录表（7）、上下游气压差记录表（8）、高纯度氩气瓶（9）和高精度气压记录仪（10）；

所述围压控制装置（1）与所述岩心压力室（2）连接为岩心压力室提供压力；所述岩心压力室（2）的上端与一个四通装置的第一接口连接；所述四通装置的第二接口与所述高精度气压记录仪（10）连接；所述四通装置的第三接口与阀门连接控制其与空气相通；

所述上游储气瓶（4）和下游储气瓶（5）分别与管路连接形成第一气路（11）和第二气路（12）；所述第一气路（11）和所述第二气路（12）的一端都连接到所述高纯度氩气瓶（9）上；所述第一气路（11）的另一端连接到所述孔隙度测量***（3）的一端，所述孔隙度测量***（3）的另一端分别连接到所述岩心压力室（2）的下端和所述四通装置的第四接口；所述第二气路（12）的另一端连接到所述四通装置的第四接口；

所述上游气压记录表（6）设置在第一气路（11）中；所述下游气压记录表（7）设置在第二气路（12）中；所述上下游气压差记录表（8）设置在第一气路和第二气路之间。

2.根据权利要求1所述的岩石渗透性测试***，其特征在于：所述围压控制装置（1）提供的压力为液压。

3.根据权利要求1所述的岩石渗透性测试***，其特征在于：所述围压控制装置（1）为围压泵。

4.根据权利要求1所述的岩石渗透性测试***，其特征在于：所述孔隙度测量***（3）包括气压记录仪（31）、钢瓶（32）、管道、三个阀门和计算机（33）；第一阀门（I）设置在钢瓶（32）的一端，与所述第一气路（11）连接；第二阀门（II）和第三阀门（III）设置在钢瓶（32）的另一端，分别与所述岩心压力室（2）的下端和所述四通装置的第四接口连接；所述气压记录仪（31）与所述钢瓶（32）的进口管道连接对其进行气压测量，并将测量的气压值发送到计算机（33）。

5.根据权利要求1所述的岩石渗透性测试***，其特征在于：所述岩心压力室（2）与直径为50mm，高度为30～70mm的圆柱形岩样匹配。

6.根据权利要求1所述的岩石渗透性测试***，其特征在于：所述高纯度氩气瓶（9）上设置有调压阀。

7.根据权利要求1所述的岩石渗透性测试***，其特征在于：所述第一气路（11）和所述第二气路（12）都固定在控制面板上。

8.利用权利要求1～7所述的岩石渗透性测试***对岩样进行渗透性测试的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）对孔隙度测量***参数进行校准；

（2）准备用于测试的岩样，测量其直径，高度并拍照；

（3）将岩样用橡胶套包裹后置于岩心压力室（2）中；

（4）打开围压控制装置（1）的阀门，为岩心压力室（2）加压；

（5）测量岩样的孔隙度，具体方法如下：

1)打开四通装置的阀门使其一端与空气相连，关闭第二气路与四通装置相连的阀门以及高精度气压记录仪（10）的阀门；

2)关闭孔隙度测量***（3）的第二阀门（II）和第三阀门（III）；

3)打开高纯度氩气瓶（9），调节调压阀旋钮为孔隙度测量***（3）中钢瓶（32）充气直至孔隙度测量***（3）中气压记录仪（31）的度数为7.5～8.5bar；

4)观察孔隙度测量***（3）中气压记录仪（31）的度数变化，当度数下降幅度小于0.001bar/3min时，记录下此刻的度数p′₁，关闭四通装置连接大气的阀门，打开孔隙度测量***（3）的第二阀门（II）和第三阀门（III），使得孔隙度测量***（3）与岩心压力室（2）形成一个密闭的***；观察气压记录仪（31）的下降幅度小于0.001bar/5min时，记录下此刻的气压记录仪（31）的度数p′₂；

岩样孔隙度的计算：

p′₁×V₁=p′₂(V₁+V_v)         (12)

$n=\frac{V_v}{V}\&times;100\%---\left(13\right)$

式中，n为孔隙度，以百分数表示；V_v为试样孔隙体积（m²），其中也包括裂隙体积；V为试样体积（m²）。p′₁为气压记录仪（31）的初始度数，p′₂为最终稳定状态时气压记录仪（31）的度数，V₁为孔隙度测试***的固有体积；

（6）根据岩样的性质，判断岩样渗透率的具体测量方法：如果岩样的渗透率高于10^-15m²，使用准静态法测量，具体方法如下：

1)关闭孔隙度测量***（3）的第三阀门（III），打开四通装置与大气连接的阀门；

2)调节高纯度氩气瓶（9）的调压阀旋钮，使得第一气路中的压力为9.5～10.5bar；

3)等待10min后，待***气压下降稳定开始记录上游气压记录表（6）每下降0.05bar记录下所需时间，记录6个点；

岩样的渗透率计算方法如下：

$k=\frac{2\mathrm{\&mu;Lv\&Delta;}{P}_1}{A(P_{\mathrm{moy}}^2-P_0^2)\mathrm{\&Delta;t}}---\left(1\right)$

式中：k为岩石的气体渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)(氩气粘滞系数为2.2×10-5Pa·s)，L为岩样高度(m)，△P1为进气端压力的下降值(MPa)，△t为压力下降△P1所需时间(s)，A为岩样的横截面积(m²)，P₀为标准大气压(0.1MPa)，P_moy为进气端压力由P₁下降△P1过程中的平均压力，按照下式计算：

$P_{\mathrm{moy}}=P_1-\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_1}{2}---\left(2\right)$

P₁为进气端气体压力初始值(MPa)；

如果岩样的渗透率在10^-18～10^-15m²之间，使用脉冲法，具体方法如下：

1)关闭四通装置与空气相连的阀门以及高精度气压记录仪（10）的阀门，打开第二气路与四通装置相连的阀门；

2)调节阀门使得第一气路与第二气路贯通；调节调压阀旋钮，使得整个气路的压力保持在9.5～10.5bar；

3)稳定30min后，再次调节调压阀旋钮使得上下游气压差记录表（8）的读数为4.5～5.5bar；

4)等待5min后，上下游气压差记录表（8）每下降0.05bar记录下所需时间，记录6个点；

岩样的渗透率计算方法如下：

$k=\frac{\mathrm{c\&mu;L}{V}_1{V}_2}{{\mathrm{Ap}}_f^{\&prime;\&prime;}(V_1+V_2)},p_f^{\&prime;\&prime;}=p_0^{\&prime;\&prime;}+\frac{V_1\mathrm{\&Delta;p}\&prime;\&prime;}{V_1+V_2},$ p₁′′-p₂′′=Δp′′exp(-ct)；

其中，k为岩心渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)，L为试样高度(m)，V₁和V₂分别为岩心上下端导管及储气瓶的体积(m³),P_f为压力稳定后试样两端的平均压力(MPa)，p₀″为试验开始时岩心两端的气压(MPa)，Δp′′为脉冲压力(MPa)，p₁″和p₂″分别为脉冲试验过程中,t时刻岩心上下两端压力值(MPa)；

如果岩样的渗透率低于10^-18m²，使用气体流量法，具体方法如下：

1)关闭四通装置与空气相连的阀门以及第二气路与四通装置相连的阀门，打开高精度气压记录仪（10）阀门；

2)调节调压阀旋钮，使得第一气路中的压力为9.5～10.5bar；

3)等待10min后，***气压下降稳定，关闭高精度气压记录仪（10）阀门，记录气压上升20×10^-3bar所需时间；

计算渗透率的公式为：

$k=\frac{2\mathrm{\&mu;Lv\&Delta;}{P}_1}{A(P_{\mathrm{moy}}^2-{P_0}^2)\mathrm{\&Delta;t}}---\left(1\right)$

式中：k为岩石的气体渗透率(m²)，μ为气体的粘滞系数(Pa·s)(氩气粘滞系数为2.2×10-5Pa·s)，L为岩样高度(m)，△P1为进气端压力的下降值(MPa)，△t为压力下降△P1所需时间(s)，A为岩样的横截面积(m²)，P₀为标准大气压(0.1MPa)，P_moy为进气端压力由P₁下降△P1过程中的平均压力，按照下式计算：

$P_{\mathrm{moy}}=P_1-\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_1}{2}---\left(2\right)$

P₁为进气端气体压力初始值(MPa)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的校准方法为：将标准铁芯置于岩心压力室（2）中，关闭孔隙度测量***（3）的第二阀门（II）和第三阀门（III），打开第一阀门（I），采集气压记录仪（31）的读数，当读数两分钟不发生变化时，记录此时的气压记录仪（31）的读数；打开第二阀门（II）和第三阀门（III），同样当读数两分钟不发生变化时，记录此时的气压记录仪（31）的读数。

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