一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置及其試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置及其試驗方法，裝置包括油壓系統、壓力室、壓力室密封系統、支架、測量系統密封膠管和水位測量管，其中，油壓系統通過膠皮管與壓力室連接，且連接口處設有進水口連接螺栓，壓力室下部設有出水口，出水口通過膠皮管連接測量系統密封膠管的一端，測量系統密封膠管的另一端連接水位測量管，水位測量管固定于支架上，壓力室密封系統填充于壓力室和巖石試樣之間的空隙中。本發明本裝置可進行多種滲透壓力條件下的滲透性試驗，能夠逐級加壓，滲透壓力能精確控制；本裝置可以滿足五種尺寸、非標準試樣的滲透性試驗。
【專利說明】一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置及其試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置及其試驗方法。
【背景技術】
[0002]在石油勘探開發過程中，儲層的滲透性是進行儲層評價的一個重要參數。儲層滲透率評價對正確認識儲層特性、確定油氣井產能以及進行開發方案設計和調整工作具有重要意義。滲透率在水文地質中是一個非常重要的概念，裂隙巖體滲透率確定的正確與否直接關系到裂隙巖體滲流分析結果的可靠性。
[0003]從目前研究看，巖體水力學滲透率的確定有三種方法，一是野外幾何測量方法；二是野外提(壓)水試驗方法；三是數學模型反演求解方法。野外幾何測量法是基于統計學方法，用巖體裂隙的幾何測量值，用統汁學方法計算巖體的滲透率。在研究裂隙介質最基本的滲流特征時，只需建立單純裂隙的介質模型，就可以闡明巖石的裂隙性與滲透性之間的關系。因此該方法簡單實用，但計算結果相對粗糙。野外提水試驗方法是基于解析解方法，運用野外單孔壓水或提水試驗資料，確定巖體滲透率。單孔壓水試驗簡單直觀，應用廣泛，其將裂隙介質視為各向同性。該方法能較準確的測量裂隙巖體的滲透率，但是耗時、耗資量較大。數學模型反演求解法是運用地下水動態信息，用建立的數學模型來反演求解。確定巖體水力學參數。用此方法求得的參數一般稱為“模型參數”，它反映的是在給定初值和邊界條件下，通過已有實測地下水動態信息擬合，而獲得的參數。但這一參數不能等效于實際巖體的參數，只能給與一定的預測效果。
[0004]最直接有效的獲得巖石滲透率的方法是實驗法，但根據現有的實驗儀器，只能監測一定尺寸巖石的滲透率。然而隨著巖石尺寸的增大，巖石內部所包含的裂隙、孔洞都會隨之變化，單一尺寸的巖石滲透率并不能代表該地區巖石的滲透率，也不能給出巖石尺寸大小與巖石滲透率之間的定性規律，所以開發一種可測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置十分必要。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決上述問題，提出了一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置及其試驗方法，該裝置能夠進行高滲透壓力下巖石滲透性試驗，并逐級加壓，滲透壓力能精確控制。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，包括油壓系統、壓力室、壓力室密封系統、支架、測量系統密封膠管和水位測量管，其中，油壓系統通過膠皮管與壓力室連接，且連接口處設有進水口連接螺栓，壓力室下部設有出水口，出水口通過膠皮管連接測量系統密封膠管的一端，測量系統密封膠管的另一端連接水位測量管，水位測量管固定于支架上，壓力室密封系統填充于壓力室和巖石試樣之間的空隙中。
[0008]所述壓力室的上部設有進水端帽，進水端帽內側設有巖芯密封圈。[0009]所述壓力室的主體上端設有密封圈凹槽，中端內部設有灌制硅膠固定圈和割膠模型圈。
[0010]所述壓力室密封系統是由硅膠、固化劑與粘結劑按1000:25:1的配比組合而成的。
[0011]所述壓力室的下部設有出水端帽，且出水端帽內側設置有放射性出水凹槽，所述放射性出水凹槽為圓板，圓板上沿徑向和環向均勻設有若干個凹槽。
[0012]所述壓力室由不銹鋼材料制作而成。
[0013]所述進水口連接螺栓與進水端帽由配套螺紋連接。
[0014]所述出水口連接螺栓與出水端帽由配套螺紋連接。
[0015]所述水位測量管量程為10ml。
[0016]一種采用上述測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置的試驗方法，具體包括以下步驟:
[0017](I)制備巖石試樣，將巖石試樣在水中浸泡3天以上至飽和狀態，將處于飽和狀態的巖石試樣在室溫下風干試樣表面；
[0018](2)放置、固定巖石試樣,將試樣放置在壓力室中，將風干的巖石試樣放置于壓力室主體中，使用配套的巖芯密封圈將試樣固定在壓力室主體正中間，使其周圍空隙均勻；
[0019](3)灌注硅膠、實現密封:配置硅膠，借助灌制硅膠固定圈向壓力室內灌注硅膠；
[0020](4)進行安裝、測試，使用配套的割膠模型圈割除試驗上部硅膠，擰緊進水端帽并借助黃油和液壓油實現密封；分級加壓，觀測并記錄水位測量管的水位數據。
[0021]所述步驟(3)中，具體方法為:配制硅膠，取乳白色粘結性及硬度較好的硅膠、固化劑和粘結劑按1000:25:1的比例混合，快速攪拌均勻；試樣頂面套上灌制硅膠固定圈，沿著巖石試樣上表面的邊緣開始灌膠，膠體在重力作用下流入試樣與壓力室主體周圍縫隙，灌入速度必須均勻，否則硅膠會出現氣泡，致使試樣周圍密封不嚴；灌膠過程中，用橡膠錘輕擊壓力室主體側壁，使硅膠均勻密實地填充到試樣和壓力室主體之間的縫隙；將灌好試樣放置24小時，使硅膠凝結到試驗所需硬度后進行下一試驗步驟。
[0022]所述步驟(4)的具體方法為:
[0023](a)將與壓力室配套的割膠模型圈放在硅膠上部，把巖石試樣上部的硅膠割除，然后在硅膠表面涂抹用以密封和潤滑的黃油與液壓油，再擰緊上進水端帽即可；
[0024](b)連接油壓系統與壓力室，連通電源，打開開關，分級加壓，觀測數據:根據要求，試驗采用變滲透壓力的方式測試巖石試樣在不同壓力下的滲透系數，首先測量500kPa的流量數據，然后給試樣緩慢加壓到IMPa，待流量穩定后，平行測試三組流量數據；再緩慢施加分別到2MPa及3MPa，分別待流量穩定后，觀測水位測量管數值并記錄；試驗結束后，拆除壓力室,將試樣取出，清洗壓力室主體。
[0025]本發明的有益效果為:
[0026]1.本裝置能夠進行高滲透壓力下巖石滲透性試驗，且最大滲透壓力3.5MPa ；
[0027]2.本裝置可進行多種滲透壓力條件下的滲透性試驗，能夠逐級加壓，滲透壓力能精確控制；
[0028]3.本裝置可以滿足五種尺寸、非標準試樣的滲透性試驗；
[0029]4.使用硅膠材料并輔以密封圈、密封圈凹槽、灌制硅膠固定圈和割膠模型圈滿足了試樣周圍密封性要求，效果良好。
[0030]5.本發明能精確測定滲水體積并進行流量測定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明的結構示意圖；
[0032]圖2是本發明壓力室組成結構側視圖。
[0033]其中1.油壓系統、2.壓力室、2-1.進水端帽、2-2.巖芯密封圈、2_3.出水端帽、2-4.放射性出水凹槽、2-5.壓力室主體、2-6.密封圈凹槽、2-7.灌制硅膠固定圈、2-8.割膠模型圈、3.進水口連接螺栓、4.出水口連接螺栓、5.支架、6.測量系統密封膠管、7.水位測量管。
【具體實施方式】:
[0034]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0035]如圖1所示，一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，由放置油壓系統1、壓力室
2、進水端帽2-1、巖芯密封圈2-2、出水端帽2-3、放射性出水凹槽2-4、壓力室主體2_5、密封圈凹槽2-6、灌制硅膠固定圈2-7、割膠模型圈2-8、進水口連接螺栓3、出水口連接螺栓4、支架5、測量系統密封膠管6和水位測量管7組成。
[0036]油壓系統I通過膠皮管、進水口連接螺栓3與壓力室2相連，壓力室2通過出水口連接螺栓4、膠皮管與測量系統密封膠管6相連，測量系統密封膠管6與水位測量管7相連，水位測量管通過支架5固定。
[0037]如圖2所示，壓力室2包括進水端帽2-1，進水端帽2-1內側設有巖芯密封圈2_2，進水端帽2-1之下是壓力室主體2-5，其上端設有密封圈凹槽2-6，灌制硅膠固定圈2-7和割膠模型圈2-8設置在進水端帽2-1和壓力室主體2-5之間，壓力室主體2-5下部設有出水端帽2-3，其內側設置有放射性出水凹槽2-4。
[0038]油壓系統I可以提供連續的不定恒壓，最高可達3.5Mpa。
[0039]進水口連接螺栓3與進水端帽2-1由配套螺紋而連接。
[0040]壓力室2由不銹鋼材料制作而成。
[0041]壓力室2 設有 9cmX 10cm、12cmX 10cm、20cmX 20cm、25cmX 20cm 和 32cmX 20cm 五種不同尺寸。
[0042]巖芯密封圈2-2、密封圈凹槽2-6、灌制硅膠固定圈2_7和割膠模型圈2_8配合硅膠實現壓力室2密封。
[0043]出水口連接螺栓4與出水端帽2-3由配套螺紋而連接。
[0044]放射性出水凹槽2-4通過在徑向和環向布設凹槽實現。
[0045]水位測量管7量程為10ml。
[0046]測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置使用方法:采用浸水飽和的方法，將制備好的巖石試樣在水中浸泡3天以上使試驗達到基本飽和狀態；將飽和試樣在室溫下風干試樣表面(表面濕潤與硅膠粘結不牢固，會導致試驗過程中試樣表面漏水)；將風干的巖石試樣放置于壓力室主體2-5中，使用配套的巖芯固定圈將試樣固定在壓力室主體2-5正中間，使其周圍空隙均勻；配制硅膠，取乳白色粘結性及硬度較好的硅膠適量，按預先確定的比例加入粘結劑和固化劑，快速攪拌均勻；試樣頂面套上灌制硅膠固定圈2-7，沿著試樣上表面邊緣開始灌膠，膠體在重力作用下流入試樣與壓力室主體2-5周圍縫隙，灌入速度必須均勻，否則硅膠會出現氣泡，致使試樣周圍密封不嚴；灌膠過程中，用橡膠錘輕擊壓力室主體2-5側壁，使硅膠均勻密實地填充到試樣和壓力室主體2-5之間的縫隙；將灌好試樣放置24小時，使硅膠凝結到試驗所需硬度才可進行下一試驗步驟；將與壓力室2配套的割膠模型圈2-8放在硅膠上部，把巖石試樣上部的硅膠割除，然后在硅膠表面涂抹黃油與液壓油(起密封和潤滑作用)，再擰緊上進水端帽2-1即可；油壓系統I準備完畢后，將油壓系統I與壓力室2連接起來，聯通電源，打開開關，分級加壓，觀測數據，根據要求，試驗采用變滲透壓力的方式測試巖石試樣在不同壓力下的滲透系數，首先測量500kPa的流量數據，然后給試樣緩慢加壓到IMPa，待流量穩定后，平行測試三組流量數據；再緩慢施加分別到2MPa及3MPa，分別待流量穩定后，觀測水位測量管7數值并記錄；試驗結束后，拆除壓力室2，將試樣取出，清洗壓力室2。
[0047]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，其特征是:包括油壓系統、壓力室、壓力室密封系統、支架、測量系統密封膠管和水位測量管，其中，油壓系統通過膠皮管與壓力室連接，且連接口處設有進水口連接螺栓，壓力室下部設有出水口，出水口通過膠皮管連接測量系統密封膠管的一端，測量系統密封膠管的另一端連接水位測量管，水位測量管固定于支架上，壓力室密封系統填充于壓力室和巖石試樣之間的空隙中。
2.如權利要求1所述的一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，其特征是:所述壓力室的上部設有進水端帽，進水端帽內側設有巖芯密封圈。
3.如權利要求1所述的一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，其特征是:所述壓力室的主體上端設有密封圈凹槽，中端內部設有灌制硅膠固定圈和割膠模型圈。
4.如權利要求1所述的一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，其特征是:所述壓力室密封系統是由硅膠、固化劑與粘結劑按1000:25:1的配比組合而成的。
5.如權利要求1所述的一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，其特征是:所述壓力室的下部設有出水端帽，且出水端帽內側設置有放射性出水凹槽，所述放射性出水凹槽為圓板，圓板上沿徑向和環向均勻設有若干個凹槽。
6.如權利要求1所述的一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，其特征是:所述壓力室由不銹鋼材料制作而成。
7.如權利要求1所述的一種測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置，其特征是:所述進水口連接螺栓與進水端帽由配套螺紋連接；所述出水口連接螺栓與出水端帽由配套螺紋連接。
8.一種采用上述測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置的試驗方法，其特征是:具體包括以下步驟: (1)制備巖石試樣，將巖石試樣在水中浸泡3天以上至飽和狀態,將處于飽和狀態的巖石試樣在室溫下風干試樣表面； (2)放置、固定巖石試樣,將試樣放置在壓力室中，將風干的巖石試樣放置于壓力室主體中，使用配套的巖芯密封圈將試樣固定在壓力室主體正中間，使其周圍空隙均勻； (3)灌注硅膠、實現密封:配置硅膠，借助灌制硅膠固定圈向壓力室內灌注硅膠； (4)進行安裝、測試，使用配套的割膠模型圈割除試驗上部硅膠，擰緊進水端帽并借助黃油和液壓油實現密封；分級加壓，觀測并記錄水位測量管的水位數據。
9.如權利要求8所述的一種采用上述測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置的試驗方法，其特征是:所述步驟(3)中，具體方法為:配制硅膠，硅膠、固化劑和粘結劑按1000:25:1的比例混合，快速攪拌均勻；試樣頂面套上灌制硅膠固定圈，沿著巖石試樣上表面的邊緣開始灌膠，膠體在重力作用下流入試樣與壓力室主體周圍縫隙，灌入速度必須均勻，否則硅膠會出現氣泡，致使試樣周圍密封不嚴；灌膠過程中，用橡膠錘輕擊壓力室主體側壁，使硅膠均勻密實地填充到試樣和壓力室主體之間的縫隙；將灌好試樣放置24小時，使硅膠凝結到試驗所需硬度后進行下一試驗步驟。
10.如權利要求8所述的一種采用上述測量多尺度巖石滲透率的試驗裝置的試驗方法，其特征是:所述步驟(4)的具體方法為: (a)將與壓力室配套的割膠模型圈放在硅膠上部，把巖石試樣上部的硅膠割除，然后在硅膠表面涂抹用以密封和潤滑的黃油與液壓油，再擰緊上進水端帽即可；(b)連接油壓系統與壓力室，連通電源，打開開關，分級加壓，觀測數據:根據要求，試驗采用變滲透壓力的方式測試巖石試樣在不同壓力下的滲透系數，首先測量500kPa的流量數據，然后給試樣緩慢加壓到IMPa，待流量穩定后，平行測試三組流量數據；再緩慢施加分別到2MPa及3MPa，分別待流量穩定后，觀測水位測量管數值并記錄；試驗結束后，拆除壓力室，將試樣取出， 清洗壓力室。
【文檔編號】G01N15/08GK103760085SQ201410024698
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】馬秀媛, 康志江, 芮洪興, 王倩, 李新棟, 李鵬, 孫潔 申請人:山東大學