CN104931403B - 各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法 - Google Patents

各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104931403B
CN104931403B CN201510320304.0A CN201510320304A CN104931403B CN 104931403 B CN104931403 B CN 104931403B CN 201510320304 A CN201510320304 A CN 201510320304A CN 104931403 B CN104931403 B CN 104931403B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rock sample
circumferential
axial
rock
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510320304.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104931403A (zh
Inventor
刘宁
倪绍虎
房敦敏
吴关叶
朱红波
周晓明
王恒乐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PowerChina Huadong Engineering Corp Ltd
Original Assignee
PowerChina Huadong Engineering Corp Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PowerChina Huadong Engineering Corp Ltd filed Critical PowerChina Huadong Engineering Corp Ltd
Priority to CN201510320304.0A priority Critical patent/CN104931403B/zh
Publication of CN104931403A publication Critical patent/CN104931403A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104931403B publication Critical patent/CN104931403B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

本发明涉及一种各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法。本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便、成本较低的各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法，以直接量测损伤岩石不同方向的气体渗透性。本发明的技术方案是：该装置用于测试岩样的环向气体渗透系数和轴向气体渗透系数，装置包括对岩样轴向和环向加压的轴向加压装置和环向加压装置，岩样中间具有中间钻孔，该装置还具有加压盘、密闭套筒、加压泵、储水容器、压力表和量管，岩样上套有与岩样同轴的密闭套筒，岩样的上下两端与轴向加压装置之间垫有加压盘，加压泵经进气管接于岩样下端，岩样上端依次经出气管和量管接至储水容器内，出气管上接有压力表。本发明适用于地下工程领域。

Description

各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及一种各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法。适用于地下工程领域。
背景技术
地下工程开挖以后由于应力的二次调整围岩会受到损伤，特别是现在深部地下岩石工程不断增多，埋深越来越大，地应力和岩体强度之间的矛盾越来越尖锐，导致围岩的损伤程度也不断加大，损伤的存在将直接影响到岩石本身的力学性能，进而影响地下工程的整体稳定。
在岩石中的应力损伤是不可恢复的，并且会导致岩石的内部结构产生永久性的变化，这些变化将导致岩石的物理力学特性发生变化，这些变化可以被直接量测，如裂纹数量统计、声波测试、声发射监测、CT扫描、渗透试验等。这些测试方法已经在工程实践中得到了推广应用，但是由于岩石普遍具有各向异性特征，导致上述测量只能反映出一个总体损伤程度，尤其是由于应力损伤将加剧岩石的各向异性特征，导致测试成果大多停留在定性的角度，无法准确判断损伤对岩石造成的准确损伤程度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、操作方便、成本较低的各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法，以直接量测损伤岩石不同方向的气体渗透性。
本发明所采用的技术方案是：一种各向异性岩石损伤程度测试装置，用于测试岩样的环向气体渗透系数和轴向气体渗透系数，该装置包括对岩样轴向和环向加压的轴向加压装置和环向加压装置，岩样中间具有中间钻孔，其特征在于：该装置还具有加压盘、密闭套筒、加压泵、储水容器、压力表和量管，所述岩样上套有与岩样同轴的密闭套筒，岩样的上下两端与轴向加压装置之间垫有加压盘，所述加压泵经进气管接于岩样下端，岩样上端依次经出气管和量管接至储水容器内，出气管上接有压力表；
测试环向气体渗透系数时，所述加压盘为密封盘，在岩样上端的密封盘与轴向加压装置之间填充顶部孔隙介质层，密闭套筒与岩样之间填充侧面孔隙介质层，且侧面孔隙介质层顶部与顶部孔隙介质层连成一体；所述进气管的出气口穿过岩样下端的密封盘连通岩样的中间钻孔，所述出气管进气口连通顶部孔隙介质层；
测试轴向气体渗透系数时，所述加压盘为通气压盘，密闭套筒与岩样之间填充硅胶密封层，所述岩样的中间钻孔内充填硅胶；所述进气管的出气口连通岩样下端的通气压盘，所述出气管进气口连通上端的通气压盘。
所述顶部孔隙介质层和侧面孔隙介质层由级配良好的沙粒充填形成。
一种应用装置进行测试的方法，其特征在于步骤如下：
1、取芯：在开挖损伤区中取出岩芯，并在其中间钻孔，作为岩样；
2、环向气体渗透系数测试：
2.1、将岩样装入对应装置；
2.2、轴向加压装置和环向加压装置对岩样加压至设定值；
2.3、打开加压泵往岩样的中间钻孔内通入氮气；
2.3、实时记录压力表和量管读数；
3、轴向气体渗透系数测试：
3.1、岩样中间钻孔内充填硅胶；
3.2、将岩样装入对应装置；
3.3、轴向加压装置和环向加压装置对岩样加压至设定值；
3.4、打开加压泵往岩样的中间钻孔内注入氮气；
3.5、实时记录压力表和量管读数；
4、根据所记录数据及渗透系数计算公式计算渗透系数，计算公式如下：
式中，K为渗透系数(m2)，Q为气体流速(m3/s)，μ为气体粘度(Pa·s)，L为试验用岩样长度(m)，A是岩样的截面面积(m2)，P0为大气压力(Pa)，P为注入气体压力(Pa)。
5、建立时间-渗透系数、环向压力-环向渗透系数、轴向压力-轴向渗透系数表达关系式。
注入的氮气压力为0.2MPa，加载环向压力为2～30MPa，轴向压力压小于单轴抗压强度的60％，一次测试时间为3～4天。
取芯钻孔方向与结构面垂直。
所述岩样尺寸为200×100mm，钻孔尺寸为100×50mm。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、操作方便，将测到的气体渗透系数进行汇总，得到不同环向压力、不同轴向压力、不同时间的渗透系数，并分别建立时间-渗透系数、环向压力-环向渗透系数、轴向压力-轴向渗透系数表达关系式，揭示渗透系数随时间的演化关系和压力对渗透系数的影响，为各向异性岩石在不同时间、不同应力条件下的损伤程度判断提供最直接的实验数据。本发明直接评价岩石的损伤程度，能够反映出岩石的各向异性特征，实验装置简单、易于操作，只需要对现有的加载设备进行改造，节省实验仪器投资，并且可以进行循环利用和后期其它类型实验。
附图说明
图1为实施例中测试环向气体渗透系数的装置示意图。
图2为实施例中测试轴向气体渗透系数的装置示意图。
具体实施方式
本实施例为一种各向异性岩石损伤程度测试装置，包括轴向加压装置3、环向加压装置2、加压盘、密闭套筒13、加压泵4、进、出气管5、6、储水容器8、压力表9和量管7，该装置可分别用于测试岩样1(具有中间钻孔101)的环向气体渗透系数和轴向气体渗透系数。
图1为用于测试岩样1的环向气体渗透系数的测试装置，岩样1置于环向加压装置2内，环向加压装置对岩样施加环向压力，岩样1上下两端设有轴向加压装置3，为岩样施加轴向压力。本例在岩样下端与轴向加压装置之间设有加压盘，岩样上端与轴向加压装置之间由下而上依次设有加压盘和顶部孔隙介质层11，在环向渗透系数测试装置中加压盘采用密封盘10，防止气体从岩样1两端泄漏。在岩样1上套有一个与岩样同轴布置的密闭套筒13，在密闭套筒13与岩样之间的空隙内设置侧面孔隙介质层12，该侧面孔隙介质层顶部12与顶部孔隙介质层11连成一体。加压泵4连接进气管5，进气管的出气口穿过岩样下端的密封盘10连通岩样的中间钻孔101，顶部孔隙介质层11依次经出气管6和量管7接至储水容器8内，出气管6上设有压力表9。顶部孔隙介质层11和侧面孔隙介质层12由级配良好的沙粒充填形成，有利于受力的传递和气体的流动。顶部孔隙介质层11和侧面孔隙介质层12形成了一个从底部进入，两侧溢出，最终从顶部流出的环向气体流通通道，可以直接测试岩样1的环向气体渗透系数。
图2为用于测试岩样1的轴向气体渗透系数的测试装置，岩样1置于环向加压装置2内，环向加压装置对岩样施加环向压力，岩样1上下两端设有轴向加压装置3，为岩样施加轴向压力。在岩样上、下两端与轴向加压装置3之间设有加压盘，在轴向渗透系数测试装置中加压盘采用通气压盘15，通气压盘15有利于受力的传递和气体的流动。本实施例中在岩样1上套有一个与岩样同轴布置的密闭套筒13，在密闭套筒13与岩样之间的空隙内设置硅胶密封层14(由硅胶充填形成)，防止气体从侧面溢出；在岩样1的中间钻孔101内充填硅胶。该装置中加压泵4连接进气管5，进气管的出气口连通岩样下端的通气压盘15，岩样上端的通气压盘15依次经出气管6和量管7接至储水容器8内，出气管6上设有压力表9。通气压盘15和硅胶密封层14形成一个从岩样底部进入、岩样顶部流出的轴向气体流通通道，可以直接测试岩样1的轴向气体渗透系数。
本实施例的测试方法如下：
1、取芯：在开挖损伤区中取出岩芯，岩芯尺寸要大于100×50mm，建议尺寸为200×100mm，以方便后期的加工。取芯钻孔方向最好与结构面保持垂直，以降低结构面对岩石物理力学特性的影响。将取出的200×100mm岩芯在中间进行钻孔，钻孔尺寸为100×50mm，作为岩样1；
2、环向气体渗透系数测试：
2.1、将岩样1装入环向气体渗透系数的测试装置；
2.2、轴向加压装置3和环向加压装置2对岩样1加压至设定值；
2.3、打开加压泵4往岩样1的中间钻孔101内注入氮气；
2.3、实时记录压力表9和量管7读数；
3、轴向气体渗透系数测试：
3.1、往岩样中间钻孔101内充填硅胶；
3.2、将岩样1装入轴向气体渗透系数的测试装置；
3.3、轴向加压装置3和环向加压装置2对岩样加压至设定值；
3.4、打开加压泵4往岩样的中间钻孔内注入氮气；
3.5、实时记录压力表9和量管7读数；
4、根据所记录数据及渗透系数计算公式计算渗透系数，计算公式如下：
式中，K为渗透系数(m2)，Q为气体流速(m3/s)(由步骤2、3记录的数据计算得到)，μ为气体粘度(Pa·s)，L为试验用岩样长度(m)，A是岩样的截面面积(m2)，P0为大气压力(Pa)，P为注入气体压力(Pa)。
5、建立时间-渗透系数、环向压力-环向渗透系数、轴向压力-轴向渗透系数表达关系式。
本实施例中注入的氮气压力为0.2MPa，加载环向压力为2～30MPa，轴向压力压不超过单轴抗压强度的60％，一次测试时间为3～4天。

Claims (5)

1.一种各向异性岩石损伤程度测试装置，用于测试岩样(1)的环向气体渗透系数和轴向气体渗透系数，该装置包括对岩样轴向和环向加压的轴向加压装置(3)和环向加压装置(2)，岩样中间具有中间钻孔(101)，其特征在于：该装置还具有加压盘、密闭套筒(13)、加压泵(4)、进、出气管(5、6)、储水容器(8)、压力表(9)和量管(7)，所述岩样(1)上套有与岩样同轴的密闭套筒(13)，岩样的上下两端与轴向加压装置之间垫有加压盘，所述加压泵(4)经进气管(5)接于岩样下端，岩样上端依次经出气管(6)和量管(7)接至储水容器(8)内，出气管上接有压力表(9)；
测试环向气体渗透系数时，所述加压盘为密封盘(10)，在岩样上端的密封盘与轴向加压装置之间填充顶部孔隙介质层(11)，密闭套筒与岩样之间填充侧面孔隙介质层(12)，且侧面孔隙介质层顶部(12)与顶部孔隙介质层(11)连成一体；所述进气管(5)的出气口穿过岩样下端的密封盘(10)连通岩样的中间钻孔，所述出气管(6)进气口连通顶部孔隙介质层(11)；
测试轴向气体渗透系数时，所述加压盘为通气压盘(15)，密闭套筒与岩样之间填充硅胶密封层(14)，所述岩样的中间钻孔(101)内充填硅胶；所述进气管(5)的出气口连通岩样下端的通气压盘(15)，所述出气管(6)进气口连通上端的通气压盘(15)；
所述顶部孔隙介质层(11)和侧面孔隙介质层(12)由级配良好的沙粒充填形成。
2.一种应用权利要求1所述装置进行测试的方法，其特征在于步骤如下：
2.1、取芯：在开挖损伤区中取出岩芯，并在其中间钻孔，作为岩样(1)；
2.2、环向气体渗透系数测试：
2.2.1、将岩样(1)装入对应装置；
2.2.2、轴向加压装置(3)和环向加压装置(2)对岩样(1)加压至设定值；
2.2.3、打开加压泵(4)往岩样(1)的中间钻孔(101)内注入氮气；
2.2.4、实时记录压力表(9)和量管(7)读数；
2.3、轴向气体渗透系数测试：
2.3.1、岩样中间钻孔(101)内充填硅胶；
2.3.2、将岩样(1)装入对应装置；
2.3.3、轴向加压装置(3)和环向加压装置(2)对岩样加压至设定值；
2.3.4、打开加压泵(4)往岩样的中间钻孔内注入氮气；
2.3.5、实时记录压力表(9)和量管(7)读数；
2.4、根据所记录数据及渗透系数计算公式计算渗透系数，计算公式如下：
式中，K为渗透系数(m2)，Q为气体流速(m3/s)，μ为气体粘度(Pa·s)，L为试验用岩样长度(m)，A是岩样的截面面积(m2)，P0为大气压力(Pa)，P为注入气体压力(Pa)；
2.5、建立时间-渗透系数、环向压力-环向渗透系数、轴向压力-轴向渗透系数表达关系式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：注入的氮气压力为0.2MPa，加载环向压力为2～30MPa，轴向压力压小于单轴抗压强度的60％，一次测试时间为3～4天。
4.根据权利要求2或3所述的的方法，其特征在于：取芯钻孔方向与结构面垂直。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述岩样(1)尺寸为200×100mm，钻孔尺寸为100×50mm。
CN201510320304.0A 2015-06-11 2015-06-11 各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法 Active CN104931403B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510320304.0A CN104931403B (zh) 2015-06-11 2015-06-11 各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510320304.0A CN104931403B (zh) 2015-06-11 2015-06-11 各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104931403A CN104931403A (zh) 2015-09-23
CN104931403B true CN104931403B (zh) 2018-08-31

Family

ID=54118675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510320304.0A Active CN104931403B (zh) 2015-06-11 2015-06-11 各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104931403B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106769769B (zh) * 2017-01-05 2020-02-14 中国石油大学(北京) 一种岩石加压渗吸装置
CN106841000B (zh) * 2017-01-12 2019-12-27 四川大学 特低渗岩石径向渗透率测试试验的试样组件及其试验方法
CN110595982B (zh) * 2019-10-15 2024-04-19 贵州大学 一种岩石气体各向异性渗透率的测试装置及计算方法
CN111351741B (zh) * 2020-03-17 2021-05-14 中国海洋大学 一种海洋沉积物气体渗透性各向异性测试装置及使用方法
CN116256300B (zh) * 2023-05-08 2023-10-13 中国矿业大学(北京) 用于评价高温高湿气体对围岩孔隙结构损伤的装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO318632B1 (no) * 2000-06-23 2005-04-18 Inst Francais Du Petrole Fremgangsmate for evaluering av fysiske parametere til et undergrunnsreservoar fra borekaks tatt derfra
CN1837774A (zh) * 2006-04-20 2006-09-27 中国科学院武汉岩土力学研究所 低渗透岩石介质渗透系数测试仪
CN103063557A (zh) * 2012-12-31 2013-04-24 河海大学 一种岩石气体渗透测定装置及测定方法
CN104596905A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 西南石油大学 一种测定岩石破裂过程中渗透率的装置及其方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO318632B1 (no) * 2000-06-23 2005-04-18 Inst Francais Du Petrole Fremgangsmate for evaluering av fysiske parametere til et undergrunnsreservoar fra borekaks tatt derfra
CN1837774A (zh) * 2006-04-20 2006-09-27 中国科学院武汉岩土力学研究所 低渗透岩石介质渗透系数测试仪
CN103063557A (zh) * 2012-12-31 2013-04-24 河海大学 一种岩石气体渗透测定装置及测定方法
CN104596905A (zh) * 2014-12-31 2015-05-06 西南石油大学 一种测定岩石破裂过程中渗透率的装置及其方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于气体示踪的岩石样品渗透率自动测定方法与装置;鲍云杰 等;《分析仪器》;20140430;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104931403A (zh) 2015-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104931403B (zh) 各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法
CN104655495B (zh) 一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流试验装置与试验方法
CN111272576A (zh) 一种新的真三轴压裂渗流试验装置与方法
CN109374498B (zh) 一种单裂隙岩体渗流应力耦合***及方法
CN110987638A (zh) 一种可视化真三轴水力劈裂试验装置及方法
US11274543B2 (en) Method for accurately measuring reopening pressure of hydraulic fracturing induced fracture in deep borehole
CN103983533B (zh) 一种含气页岩裂隙演化与渗流特征测试装置及方法
CN102353625A (zh) 渗流力学实验中水测覆压孔隙度的测定方法
CN105067494A (zh) 一种基于径向渗流实验的渗透率测试方法及装置
CN105758561A (zh) 基于可视化均布水压致裂地应力测量装置及方法
CN104535727B (zh) 一种水力加砂压裂***
CN105424331B (zh) 用于大型压裂时水泥环的机械密封性评价的装置和方法
CN110595953A (zh) 一种页岩混合润湿性的实验测试装置及方法
CN110056335A (zh) 一种三轴多裂纹水力压裂实验装置及实验方法
CN112727444B (zh) 一种可视化封孔材料裂隙封堵性能测试装置及方法
CN111157430A (zh) 模拟在拉或压应力状态下测定岩石渗透性能的方法
CN105301202A (zh) 用于确定上保护层开采卸压范围的测试***及测试方法
CN204789257U (zh) 各向异性岩石损伤程度测试装置
CN111999183A (zh) 一种硬脆性泥页岩破裂实验装置及评价方法
CN209145580U (zh) 一种三轴多裂纹水力压裂实验装置
CN113790853B (zh) 一种储气库盖层岩石动态密封性的综合测试平台
CN101701898B (zh) 采用等压变容法测量岩心孔隙度的方法及装置
CN112683748B (zh) 一种压裂物理模拟过程中煤岩动态渗透率测试装置及方法
CN116411959A (zh) 一种模拟真实地层环境下的油气井压裂试验装置及方法
CN113914851B (zh) 模拟复杂裂缝***内压裂液渗吸的实验方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant