一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置和测试方法与流程

技术领域

本发明涉及一种岩石渗透率的测试，特别涉及一种高渗透岩石液体渗透率的测试装置和测试方法。

背景技术：

目前随着科技的进步和社会发展，岩石的渗流和运移规律对地下资源的开发和岩土工程的建设有重大影响，因此需要测定岩石渗透率。目前测定高渗透岩石液体渗透率更多的采用稳态法，这对流量计的要求高且量程小精度差，不利于实验测试的开展。对于液体渗透介质，特别是高渗透岩石渗透率的测量还缺乏高效的测试手段。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置，解决了现有技术中测试仪器对高渗透岩石液体渗透率缺乏高效的测试手段的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种测高渗透岩石渗透率的测试装置，包括：

岩样夹持加载系统，所述岩样夹持加载系统包括岩芯夹持器和围压控制子系统，待测岩样放置于所述岩芯夹持器中；

气体控制加载系统，所述气体控制加载系统可与所述岩芯夹持器连通，所述待测岩样的两端面通过所述气体控制加载系统加载孔隙压力和渗透压差；

注液与排液系统，所述注液与排液系统可与所述气体控制加载系统连通，所述注液与排液系统可将液体注入所述气体控制加载系统的部分装置和所述岩芯夹持器中，并可将液体从所述岩芯夹持器和所述气体控制加载系统中排出；

数据采集记录系统，所述数据采集记录系统包括设置在所述测试装置中的至少一压力变送器、一压力差变送器和计算机，所述计算机分别与所述压力变送器和所述压力差变送器的数据控制端连接。

依照本申请较佳实施例所述的一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置，所述岩芯夹持器与一加压装置连接，所述加压装置与所述岩芯夹持器之间设置一压力变送器。

依照本申请较佳实施例所述的一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置，所述气体控制加载系统包括高压惰性气体气瓶、第一定容气瓶、第二定容气瓶、第三定容气瓶和第四定容气瓶，所述高压惰性气体气瓶通过连通管道依次连接气体减压阀、第一截止阀，并与第一四通装置的第一个接口连接，所述第一四通装置的第二个接口与第二定容气瓶连接，所述第一四通装置的第三个接口与第五截止阀连接；所述第五截止阀的另一端通过连通管道依次与第一定容气瓶、第一快速接头、第十一截止阀连接，所述岩芯夹持器下端与所述第十一截止阀连接，所述岩芯夹持器上端通过连通管道依次与第二快速接头、第三定容气瓶、第四截止阀连接；所述第四截止阀的另一端与第二四通装置的第一接口连接；所述第二四通装置的第二个接口与第三截止阀连接，所述第二四通装置的第三个接口与第四定容连通，所述第一四通装置的第四接口依次与上游压力变送器、第二截止阀、下游压力变送器以及所述第二四通装置的第四接口相连，在所述第二定容气瓶与第三定容气瓶之间连有一个压力差变送器。

依照本申请较佳实施例所述的一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置，所述注液与排液系统包括第一水槽、第二水槽、第三水槽和第四水槽，所述第一水槽通过连通管道连接第六截止阀，第六截止阀的另一端接在所述第一定容气瓶与第九截止阀之间，所述第九截止阀下端连接所述第二水槽，所述第一定容气瓶与第十一截止阀之间连接有第七截止阀与第三水槽，在所述岩芯夹持器上端与所述第三定容气瓶之间连接有第八截止阀和所述第四水槽，在所述第八截止阀与所述第三定容气瓶之间连接有第十截止阀及真空泵。

依照本申请较佳实施例所述的一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置，所述测试装置的整体是垂直放置的。

依照本申请较佳实施例所述的一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置，所述第九截止阀与所述第八截止阀位于同一水平位置。

本发明还提供一种测高渗透岩石液体渗透率的测试方法，以水作为渗透介质测试时，包括以下步骤：

（1）连接好实验装置各部件，关闭所有阀门；

（2）打开第十一截止阀，将预先饱和好的岩样或通过真空泵加速饱和以达到饱和好的岩样装入岩心夹持器中；

（3）往水槽内注入水，打开第六截止阀、第八截止阀、第九截止阀，直到在从第九截止阀、第八截止阀内有稳定的水流出，关闭第六截止阀、第九截止阀；直到第八截止阀没有水流出后关闭第八截止阀；

（4）打开第五截止阀、第四截止阀，给试件施加一定的围压达到工作的围压；

（5）关闭第五截止阀，打开气体减压阀门、第一截止阀、第二截止阀往第二定容气瓶、第三定容气瓶、第四定容气瓶内充，达到工作孔隙压力；

（6）关闭气体减压阀门、第一截止阀、第二截止阀，打开第三截止阀，放出一小部分气体使得压力差变送器有一定压差，关闭第三截止阀，待所有传感器示数稳定后打开第五截止阀，记录压力变送器变化曲线；

（7）改变围压值，在不同围压条件下重复步骤（5）、（6），记录试验数据 ；

（8）卸压拆样，依次打开第二截止阀、第三截止阀，放出气体。气体放完后打开第九截止阀、第七截止阀、第八截止阀，带水流完后取出岩样，试验结束。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

本发明提供一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置和测试方法，本发明的岩石渗透率测试装置简易，操作简单；可对未饱和岩样进行快速饱和，无需装填岩样；本测试装置可以通过快速更换气瓶，使可测的量程范围扩大；对高渗透率岩样，测试效果明显；同时本装置首次将脉冲衰减法应用到以液体为流体介质的渗流中，提高了以液体为流动介质的测量精度，为岩石渗透率的测量提供了一种新的方法。

附图说明

图1为本发明一种测高渗透岩石液体渗透率的测试装置的结构示意图；

图2为本发明数据采集记录系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，举一具体实施例加以详细说明。

请参考图1和图2，本发明提供一种测岩石渗透率的测试装置，包括岩样夹持加载系统、气体控制加载系统、注液与排液系统以及数据采集记录系统，岩样夹持加载系统包括岩芯夹持器18，岩芯夹持器18中放置有待测岩样，待测岩石的四周通过岩样夹持加载系统中加载围压，待测岩样的两端面通过气体控制加载系统加载孔隙压力和渗透压差。 在做以液体为渗透介质的试验中，注液与排液系统可将液体注入岩芯夹持器18和气体控制加载系统中的部分装置中，同时起到排液的作用。各系统详细介绍如下：

岩样夹持加载系统

岩样夹持加载系统包括围压控制子系统和岩芯夹持器18，岩芯夹持器18可以固定岩样并对岩样进行密封，围压控制子系统可以对岩样施加0~10MPa的围压。

围压控制子系统中的加压装置17与岩芯夹持器18连接，为岩样提供围压；加压装置17与岩芯夹持器之间设置有压力变送器43，用于监测加压装置所施加围压的大小。在本实施例中，岩样夹持加载系统、气体控制加载系统和注液与排液系统中的各子装置均通过若干连通管道和若干阀门连接。

气体控制加载系统

气体控制加载系统负责提供气源，控制渗流过程中的气体压力，其关键在于气体控制加载系统的密封性。气体控制加载系统还加入了快速接头，方便拆卸维修和更换。

气体控制加载系统包括惰性气体气瓶11及与之依次连接的气体减压阀12、第一截止阀21，第一截止阀21的另一端与第一四通装置的第一个接口连接；第一四通装置的第二个接口与第二定容气瓶32连接；第一四通装置的第三个接口与第五截止阀25连接；第五截止阀另一端依次与第一定容气瓶31、第一快速接头111、第十一截止阀211连接；岩芯夹持器下端与第十一截止阀211连接，上端依次与第二快速接头112、第三定容气瓶33、第四截止阀24连接；第四截止阀24的另一端与第二四通装置的第一接口连接；第二四通装置的第二个接口与第三截止阀23连接；第二四通装置的第三个接口与第四定容34连通；第一四通装置的第四接口依次与上游压力变送器34、第二截止阀22、下游压力变送器42以及第二四通装置的第四接口相连；在所述第二定容气瓶32与第三定容气瓶34之间连有一个压力差变送器110。在本实施例中，惰性气体气瓶11是可更换的。

注液与排液系统

注液与排液系统是在做以液体作为渗透介质的试验时，为气体控制加载系统中的部分装置和岩芯夹持器注入液体，并在试验过程中起到收集与排除液体的作用。

注液与排液系统包括第一水槽13和与之连接的第六截止阀26，第六截止阀26的另一端接在第一定容气瓶31与第九截止阀29之间，第九截止阀29下端连接第二水槽14；第一定容气瓶31与第十一截止阀211之间连接有第七截止阀27与第三水槽15；在岩芯夹持器18上端与第三定容气瓶33之间连接有第八截止阀28和第四水槽16；在第八截止阀28与第三定容气瓶33之间连接有第十截止阀210及真空泵17。在本实施例中，第九截止阀29和第八截止阀28在同一水平位置。

数据采集记录系统

数据采集记录系统包括至少一压力变送器、一压力差变送器和计算机，计算机分别与压力变送器和压力差变送器的数据控制端连接。在本实施例中，数据采集记录系统包括压力变送器43、上游压力变送器41、下游压力变送器42和上下游压力差变送器110，计算机与压力变送器43、上游压力变送器41、下游压力变送器42和上下游压力差变送器110的数据控制端相连接。

在本实施例中，整个测试装置是垂直放置的。

在以水为渗透介质的试验中，本发明的具体测试方法如下：

（1）连接好实验装置各部件，关闭所有阀门；

（2）打开第十一截止阀门211，将预先饱和好的岩样装入岩心夹持器中(如果没有预先饱和可以用真空泵17加速饱和)；

（3）施加一定的围压（200kPa）。往水槽13内注入水，打开第六截止阀门26、第八截止阀门28、第九截止阀门29，直到在从第九截止阀门29、第八截止阀门28内有稳定的水流出，关闭第六截止阀门26、第九截止阀门29；直到第八截止阀门28没有水流出后关闭第八截止阀门28；目的是为了保证岩芯夹持器以及第一定容气瓶中充满水。

（4）打开第五截止阀门25、第四截止阀门24，给试件施加一定的围压达到工作的围压；

（5）再关闭第五截止阀门25，打开气体减压阀门12、第一截止阀门21、第二截止阀门22往第二定容气瓶32、第三定容气瓶33、第四定容气瓶34内充，达到工作孔隙压力；

（6）关闭气体减压阀门12、第一截止阀门21、第二截止阀门22，再打开第三截止阀门23，放出一小部分气体使得压力差变送器110有一定压差，关闭第三截止阀门23。待所有传感器示数稳定后（所有容器内压力稳定，无漏气情况）打开第五截止阀门25，记录压力变送器变化曲线；

（7）改变围压值，在不同围压条件下重复步骤（5）、（6），记录试验数据；

（8）卸压拆样，依次打开第二截止阀门22、第三截止阀门23，放出气体。气体放完后打开第九截止阀门29、第七截止阀门27、第八截止阀28，带水流完后取出岩样，试验结束。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。