多孔岩石的孔隙结构改造装置及其孔隙力学参数测试方法

本发明涉及岩石力学性质测试术领域，尤其涉及多孔岩石的孔隙结构改造装置及其孔隙力学参数测试方法。

背景技术：

1、岩土工程中经常会遇到地下水和循环加卸载的共同作用。水力耦合作用使工程岩体的力学性能劣化，实际承载力降低，变形严重，在实际工程中会造成塌方、滑坡等地质灾害，从而严重影响工程建设。其中多孔岩土材料变形尤为明显，现有技术中，通过对岩石的孔隙结构进行改造，从而改变多孔岩石的力学性能，提高工程稳定性。该技术属于一项前沿技术，如何在不损伤岩体的前提下改变孔隙结构包括孔径分布、孔隙连通率、孔隙率等，同时精确获取岩层孔隙结构对于孔隙力学性能的影响是该技术的难点。此外，在许多油气田和二氧化碳封存储层工程项目中多孔岩石储层无论是在驱替开采还是加压注入过程中都会遇到盐晶析出的情况，盐晶析出对于多孔储层的孔隙力学响应有显著影响，然而，影响程度和过程了解甚少，通过室内试验获得不同孔隙结构条件下的孔隙力学参数定量规律是目前的技术难点，鉴于此，本技术提出了一种多孔岩石的孔隙结构改造装置及一种精确分析岩层孔隙结构对于孔隙力学性能影响的试验方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提出一种多孔岩石的孔隙结构改造装置及其孔隙力学参数测试方法，以精确分析岩层孔隙结构对于孔隙力学性能影响，实现对孔隙结构的定量改造，改变孔隙力学性能，提高工程稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供一种多孔岩石的孔隙结构的孔隙力学参数测试方法，基于多孔岩石的孔隙结构改造装置，所述多孔岩石的孔隙结构改造装置包括底座、压头、加载泵以及注入泵，所述底座形成有开口朝上设置的第一开口，所述底座上设置有第一输入管路、第一输出管路、第二输入管路以及第二输出管路，所述第一输入管路上设置有第一输入阀门，所述第二输入管路上设置有第二输入阀门，所述第一输出管路的一端和所述第二输出管路的一端均与所述第一开口相连通，所述第一输出管路上设置有第一输出阀门，所述第二输出管路上设置有第二输出阀门，所述压头设于所述底座的上方，所述压头形成有开口朝下设置的第二开口，所述第二开口与所述第一输入管路的一端和所述第二输入管路的一端相连通，所述加载泵与所述第一输入管路的另一端相连通，所述注入泵与所述第二输入管路的另一端相连通，所述多孔岩石的孔隙结构的孔隙力学参数测试方法包括以下步骤：

3、将柱状岩样装样在多孔岩石的孔隙结构改造装置的三轴室内，使得柱状岩样的孔隙结构沿上下向分别与所述第一开口和所述第二开口相连通，对柱状岩样施加围压；

4、使得所述三轴室和所述注入泵的温度相同，打开所述第二输入阀门和所述第二输出阀门，通过所述注入泵向柱状岩样的孔隙结构内注入处于饱和状态的第一液体，使得柱状岩样的孔隙结构内充满第一液体；

5、关闭所述第二输入阀门和所述第二输出阀门，调节三轴室温控系统，降低所述三轴室的温度，使得柱状岩样的孔隙结构内析出结晶；

6、使得所述加载泵的温度与降温后的所述三轴室的温度相同，打开所述第一输入阀门和所述第一输出阀门，通过所述加载泵向析出有结晶的孔隙结构内注入第二液体，以排出孔隙结构内的第一液体，使得析出有结晶的孔隙结构内充满第二液体；

7、分别在打开和关闭所述第一输出阀门和第一输入阀门时，对柱状岩样进行施加多个压力条件下的孔隙参数测试。

8、可选地，所述分别在开启和关闭所述第一输出阀门时，对柱状岩样进行施加多个压力条件下的孔隙参数测试的步骤包括：

9、关闭所述第一输出阀门和第一输入阀门，对柱状岩样的侧部施加侧向压力，对柱状岩样端部施加轴向压力，其中，所述侧向压力和所述轴向压力按照相同的速率递增至预设压力值。

10、可选地，所述关闭所述第一输出阀门和第一输入阀门，对柱状岩样的侧部施加侧向压力，对柱状岩样端部施加轴向压力，其中，所述侧向压力和所述轴向压力按照相同的速率递增至预设压力值的步骤之后还包括：

11、记录柱状岩样的孔隙流体压力和柱状岩样体积应变随所述侧向压力和所述轴向压力变化的第一演化曲线。

12、可选地，所述分别在开启和关闭所述第一输出阀门时，对柱状岩样进行施加多个压力条件下的孔隙参数测试的步骤包括：

13、打开所述第一输出阀门，关闭所述第一输入阀门，对柱状岩样的侧部施加侧向压力，对柱状岩样端部施加轴向压力，其中，所述侧向压力和所述轴向压力按照相同的速率递增至预设压力值。

14、可选地，所述打开所述第一输出阀门，关闭所述第一输入阀门，对柱状岩样的侧部施加侧向压力，对柱状岩样端部施加轴向压力，其中，所述侧向压力和所述轴向压力按照相同的速率递增至预设压力值的步骤之后还包括：

15、记录柱状岩样的体积应变随所述侧向压力和所述轴向压力变化的第二演化曲线。

16、可选地，所述分别在开启和关闭所述第一输出阀门时，对柱状岩样进行施加多个压力条件下的孔隙参数测试的步骤包括：

17、关闭所述第一输出阀门，打开所述第一输入阀门，对柱状岩样的侧部施加侧向压力，对柱状岩样端部施加轴向压力，通过所述加载泵对柱状岩样施加孔隙水压力，其中，所述孔隙水压力、所述侧向压力及所述轴向压力按照相同的速率递增至预设压力值。

18、可选地，设定所述三轴室和所述注入泵的温度相同时，温度为t1，

19、所述第一液体包括在t1时处于饱和状态的nacl溶液。

20、可选地，所述第二液体包括油。

21、为实现上述目的，本发明还提供一种多孔岩石的孔隙结构改造装置，采用如上述所述的多孔岩石的孔隙结构的孔隙力学参数测试方法，所述多孔岩石的孔隙结构改造装置包括：

22、底座，形成有开口朝上设置的第一开口，所述底座上设置有第一输入管路、第一输出管路、第二输入管路以及第二输出管路，所述第一输入管路上设置有第一输入阀门，所述第二输入管路上设置有第二输入阀门，所述第一输出管路的一端和所述第二输出管路的一端均与所述第一开口相连通，所述第一输出管路上设置有第一输出阀门，所述第二输出管路上设置有第二输出阀门；

23、压头，设于所述底座的上方，所述压头形成有开口朝下设置的第二开口，所述第二开口与所述第一输入管路的一端和所述第二输入管路的一端相连通；以及，

24、加载泵，所述加载泵与所述第一输入管路的另一端相连通；

25、注入泵，所述注入泵与所述第二输入管路的另一端相连通。

26、可选地，所述第一输入管路、所述第一输出管路、所述第二输入管路以及所述第二输出管路均设置为保温管路；和/或，

27、所述多孔岩石的孔隙结构改造装置还包括第一温度调节组件，所述第一温度调节组件用以调节所述加载泵的温度；和/或，

28、所述多孔岩石的孔隙结构改造装置还包括第二温度调节组件，所述第二温度调节组件用以调节所述注入泵的温度。

29、本发明提供的技术方案中，将柱状岩样装样在多孔岩石的孔隙结构改造装置的三轴室内，使得柱状岩样的孔隙结构沿上下向分别与所述第一开口和所述第二开口相连通，对柱状岩样施加围压，使得所述三轴室和所述注入泵的温度相同，打开所述第二输入阀门和所述第二输出阀门，通过所述注入泵向柱状岩样的孔隙结构内注入处于饱和状态的第一液体，使得柱状岩样的孔隙结构内充满第一液体，关闭所述第二输入阀门和所述第二输出阀门，降低所述三轴室的温度，使得柱状岩样的孔隙结构内析出结晶，使得所述加载泵的温度与降温后的所述三轴室的温度相同，打开所述第一输入阀门和所述第一输出阀门，通过所述加载泵向析出有结晶的孔隙结构内注入第二液体，以排出孔隙结构内的第一液体，使得析出有结晶的孔隙结构内充满第二液体，分别在打开和关闭所述第一输出阀门和第一输入阀门时，对柱状岩样进行施加多个压力条件下的孔隙参数测试，从而获得对应的孔隙力学参数，便于根据孔隙力学参数得到多孔岩层的孔隙水压力响应性质，为评价地层变形、失稳提供有效数据支撑，可以精确分析岩层孔隙结构对于孔隙力学性能的影响，实现对孔隙结构的定量改造，改变孔隙力学性能。