一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置及方法与流程

技术特征：

1.一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置，其特征是：包括三轴应力釜（1）、底座（16）、活塞杆（9）、橡胶套（14）、应变片（15）、电磁加热圈（3）、渗透率测量仪（18）和气瓶（20），所述活塞杆（9）安装在三轴应力釜（1）上端，可用于给岩心（13）施加压力；所述底座（16）安装在三轴应力釜（1）下端，所述岩心（13）放置在橡胶套（14）内，并一起放置在活塞杆（9）和底座（14）之间，用热塑管（4）密封；所述液体孔（6）安置在三轴压力釜（1）侧壁下部，用于向釜腔（2）内部注入、排放液体，实现对岩心（13）加卸载围压；所述气体孔（12）安装在三轴应力釜（1）侧壁上部，实现釜腔（2）内部的换气；所述电磁加热圈（3）安装在三轴应力釜（1）外壁，用于给釜腔（2）加温；所述进气通道（10）设置在活塞杆（9）内部，通过输气软管（11）与渗透率测量仪（18）连接，并通过气槽Ⅱ（26）实现岩心（13）上端气体的供给；所述排气通道（17）设置在底座（16）内部，与大气连通，并通过气槽Ⅰ（25），实现岩心（13）下端气体的排放；所述气瓶（20），经过减压阀（19）与渗透率测量仪（18）连接，实现气体的供给；所述应变片（15）粘贴在岩心（13）相邻端面的四个不同方位，通过数据线（21）、线槽（24）与计算机（22）连接，实现岩心（13）应变数据的读取。

2.根据权利要求1所述的各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置，其特征是：所述的橡胶管（14）为圆筒形结构，中心设有方形结构的空腔，空腔内可以放置立方体形状的岩心（13），实现各向异性岩心渗透率和弹性模量的测量。

3.根据权利要求1所述的各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置，其特征是：所述的气槽Ⅱ（26）和气槽Ⅰ（25）为正方形结构的环形槽，可以实现岩心（13）三轴压缩过程中，渗透率和应力-应变数据的同步测量。

4.根据权利要求1所述的各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置，其特征是：所述的活塞杆（9）与三轴应力釜（1）之间用密封圈Ⅱ（8）密封。

5.根据权利要求1所述的各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置，其特征是：所述的底座（16）与三轴应力釜（1）之间用密封圈Ⅰ（7）密封。

6.根据权利要求1所述的各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置，其特征是：所述的数据线（21）用密封塞（5）密封。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置的使用方法，其特征是包括以下步骤：

（1）、制备立方体结构的岩心试样，放置在橡胶套结构内部，并一起放置在活塞杆和底座之间，用热塑管密封，用于向釜腔内部注入、排放液体，实现对岩心加卸载围压；

（2）、测量装置进行不同压力和温度条件下的弹性阶段压缩实验，得同一块各向异性岩石不同方向的渗透率和弹性模量数据；

（3）、所述测量装置进行不同压力和温度条件下的三轴压缩实验，获得三轴压缩过程中岩心试样的渗透率和应力-应变的同步数据。

8.根据权利要求7所述的各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置的使用方法，其特征是具体步骤如下：

（1）选取各向异性岩石加工成立方体形状的岩心试样，在试样相邻端面的四个不同方向粘贴应变片，并按照某一方向放置在所述橡胶套内部；

（2）将放有岩心试样的橡胶套放置在所述活塞杆和底座之间，并用热塑管进行密封固定；

（3）向所述釜腔内注入液体，对岩石试样施加围压，达到预设值后，关闭液体孔和气体孔，然后通过电磁加热圈对釜腔加温；

（4）利用活塞杆对岩心试样施加轴向载荷，进行不同压力和温度条件下的弹性阶段压缩实验，在岩心未破坏的条件下，得到岩心试样该方向上的岩心顶端和底端气体压力和气体流量，以及应力-应变值；

（5）将上述岩心顶端和底端气体压力和气体流量代入岩石气测渗透率计算公式，得到该方向上岩石试样的渗透率：

（1）

式中，为岩石试样的渗透率，μm²=D；为大气压力，MPa；为岩心顶端端的绝对压力，MPa；为岩心底端的绝对压力，MPa；为气体流量氮气流量，cm³/s；为气体粘度，mPa.s；为岩心的横截面积，cm²；为岩心的长度，cm；

（6）将上述应力-应变值代入岩石弹性模量计算公式，得到该方向上岩心试样的弹性模量：

（2）

式中，为岩心的弹性模量，GPa；为岩心弹性变形阶段的应力差值，MPa；为应变差对应的应变差值，%；

（7）通过改变岩心试样在所述橡胶套结构内部的放置方向，重复上述步骤（2）到（6），得到同一块各向异性岩石三个不同方向的渗透率和弹性模量；

（8）所述测量装置进行不同压力和温度条件下的完整的三轴压缩实验，获得三轴压缩过程中岩心试样的渗透率和应力-应变的同步数据。