一種測定巖石破裂過程中滲透率的裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及石油開發的技術領域，特別是一種測定巖石破裂過程中滲透率的裝置 及其方法。
【背景技術】
[0002] 隨著國內油氣田開發的不斷發展，W及海外業務的不斷擴大，國內外非常規特種 油氣藏開發技術要求越來越高，運用水力壓裂開發非常規油氣資源早已受到社會各界廣泛 的關注。全面了解和掌握巖石在水力壓裂時受到到=向應力載荷直至破裂過程中力學參數 的變化和巖石滲透率的變化，對編制油氣田開發方案、指導現場施工提供重要依據。
[0003] 所面對的地層環境越來越復雜，地層巖石力學性質和滲透性質受各向應力載荷影 響較大，巖石在不同應力下的力學響應和滲透率變化難W準確預測。而實驗室可獲取的常 規條件下利用標準尺寸巖屯、直接測量出來的靜態滲透率不能滿足研究巖石孔縫形態特征 隨應力加載而變化的實際要求，且常規巖石力學=軸強度實驗條件下氣體難W進入到高溫 高壓試驗艙內塑封后的巖屯、中，根本不能實現"邊加載應力，邊測量滲透率"。另一方面，由 于非常規油氣藏巖石致密、滲透率低，一般流量計難W準確測量氣體通過巖石的氣流甚至 監測不到流量。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現巖石在=向應力加載至破裂過程中滲透率難W測量的 問題，提供一種改裝便捷易行、操作安全簡單、測量誤差小、工作效率高和二氧化碳利用率 高的測定巖石破裂過程中滲透率的裝置及其方法。
[0005] 本發明的目的通過W下技術方案來實現；一種測定巖石破裂過程中滲透率的裝 置，它包括=軸試驗艙、巖屯、夾持裝置、二氧化碳氣瓶、流量監測裝置、液壓油圍壓加載系統 和安裝有數據采集器和控制器的計算機，所述的=軸試驗艙內且位于=軸試驗艙的上、下 兩端分別設置有軸壓加載實驗臺上壓桿和軸壓加載實驗臺下壓桿，軸壓加載實驗臺上壓桿 固定于=軸試驗艙上，軸壓加載實驗臺下壓桿可上、下活動W加載軸壓，軸壓加載實驗臺下 壓桿與軸壓加載裝置連接，=軸試驗艙外壁上設置有連通=軸試驗艙的進油閥和回油閥， S軸試驗艙的底部設置有進氣閥和出氣閥，所述的液壓油圍壓加載系統由油累、加壓累和 油箱組成，加壓累和油累的吸引口均與油箱連接，加壓累和油累的出油口均與進油閥連接， 油累還與回油閥連接，所述的巖屯、夾持裝置由巖屯、夾持器、氣墊、絕緣自粘密封帶和熱縮套 組成，巖屯、夾持器的上、下端分別設置有與進氣閥連接的進氣口和與出氣閥連接的出氣口， 二氧化碳氣瓶與進氣閥連接，所述的流量監測裝置由玻璃量管和橡膠軟管組成。
[0006] 所述的玻璃量管固定在固定夾持裝置上，玻璃管中有色液滴氣泡在氣體的推動下 可向上滑動。
[0007] 一種測定巖石破裂過程中滲透率的方法，它包括W下步驟：
[000引 S1、塑封巖屯、：先將端面磨平后的巖屯、的兩端加裝氣墊，再先后用絕緣自粘密封帶 和熱縮套將巖屯、包裹固定于巖屯、夾持器之間，從而實現了巖屯、的塑封；
[0009] S2、加裝傳感器；在巖屯、夾持器上端的下部和巖屯、夾持器下端的上部安裝軸向位 移傳感器；
[0010] S3、加圍壓并注氣；
[0011] S(l);先將S2中的巖屯、夾持器置于軸壓加載實驗臺上壓桿和軸壓加載實驗臺下 壓桿之間，再將軸向位移傳感器與計算機連接，然后關閉=軸試驗艙，啟動油累使液壓油充 滿S軸試驗艙同時開啟加壓油累，加壓油累中活塞按照加載速率50mm/min將巖屯、圍壓提 升至5MPa，隨后關閉加壓油累和進油閥，使整個實驗過程中圍壓穩定在5MPa ;
[0012] S(2);關緊S軸試驗艙的進氣閥和出氣閥，打開二氧化碳氣瓶的閥口，并調節二氧 化碳氣瓶使二氧化碳進入S軸試驗艙的壓力為2MPa ;
[001引 S(3);打開S軸試驗艙的進氣閥，上述S似中壓力為2MPa的二氧化碳順次經進氣 閥和進氣口進入到巖屯、中，保持巖屯、進口端壓力穩定在2MPa ;
[0014] S4、出口流量監測：打開=軸試驗艙的出氣閥，將流量監測裝置中橡膠軟管的一端 與玻璃量管連接，橡膠軟管的另一端與出氣閥連接，按照需要變更流量監測裝置中玻璃量 管的量程，開始計算出口端氣體流量；
[0015] S5、軸壓加載開始實驗；在計算機中輸入巖屯、初始尺寸參數，對軸向位移傳感器清 零，開始執行實驗程序，采用應變控制實驗，其控制速率為0. 〇4mm/min，增加軸向荷載直到 試樣發生破壞，在施加軸向載荷的過程中記錄下巖屯、中圍壓、二氧化碳壓力、各級應力下的 應力、應變值W及測得出口端流量數據；
[0016] S6、實驗結束；
[0017] s(i);巖屯、失效破壞后，停止加載軸向載荷，關閉二氧化碳氣瓶閥n，同時打開回 油閥并啟動油累將S軸試驗艙內液壓油抽回油箱；
[001引 S(2);打開S軸試驗艙，拆卸巖屯、夾持器與S軸試驗艙連接的各傳感器的數據線 和氣體進出管線；
[0019] S(3);取回巖屯、夾持器并切下位于巖屯、上、下端的氣墊，保存好實驗后的巖屯、和實 驗數據，準備下次實驗；
[0020] S (4);計算巖屯、在超臨界二氧化碳條件下的彈性模量、抗壓強度，最后繪制巖屯、在 超臨界二氧化碳條件下的應力應變曲線，從而實現了測定此時巖石的=軸強度；
[0021] S(5)通過各組出口端流量數據計算出不同應力應變下滲透率數據，并將滲透 率-應變曲線繪制在應力應變曲線圖上，即可分析得到巖石在破裂過程中滲透率的變化規 律。
[0022] 本發明具有W下優點；（1)本發明用于測定巖石在破裂過程中滲透率的變化，并 實時監測記錄巖石的圍壓、巖屯、中二氧化碳的壓力、軸向應力、軸向應變數據、二氧化碳通 過巖屯、的流量，并根據該些數據計算巖石軸壓加載至破裂過程中的彈性模量、抗壓強度、二 氧化碳的流量，同時繪制巖石的應力應變曲線，計算并繪制巖石在破裂過程中的二氧化碳 氣測滲透率變化曲線圖。（2)本發明實現了不同氣流強度下流量監測裝置的量程可調節滿 足不同的流量監測需求。（3)實驗過程簡便，需要的儀器設備都很容易制得，實驗效率較高。 (4)數據處理方便易操作，數據結果最終曲線圖較直觀地反映了巖石在受到應力作用直至 破裂時滲透率變化趨勢，為流固禪合分析提供實驗數據依據。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明的結構示意圖；
[0024] 圖2為本發明的巖屯、夾持裝置與軸向位移傳感器的安裝示意圖；
[0025] 圖3為本發明的流量監測裝置的結構示意圖；
[0026] 圖4為本發明經實驗后繪制的應力應變曲線和滲透率-應變曲線；
[0027] 圖中，1-S軸試驗艙，2-二氧化碳氣瓶，3-液壓油圍壓加載系統，4-計算機，5a-軸 壓加載實驗臺上壓桿，5b-軸壓加載實驗臺下壓桿，6-巖屯、，7-進油閥，8-回油閥，9-進氣 閥，10-出氣閥，11-巖屯、夾持器，12-氣墊，13-絕緣自粘密封帶，14-熱縮套，15-進氣口， 16-出氣口，17-玻璃量管，18-橡膠軟管，19-固定夾持裝置，20-軸向位移傳感器，21-巖屯、 及巖屯、夾持裝置。
【具體實施方式】
[002引下面結合附圖對本發明做進一步的描述，本發明的保護范圍不局限于W下所述：
[0029] 如圖1-3所示，一種測定巖石破裂過程中滲透率的裝置，它包括=軸試驗艙1、巖 屯、夾持裝置、二氧化碳氣瓶2、流量監測裝置、液壓油圍壓加載系統3和安裝有控制器的計 算機4,所述的=軸試驗艙1內且位于=軸試驗艙1的上、下兩端分別設置有軸壓加載實驗 臺上壓桿5a和軸壓加載實驗臺下壓桿化，軸壓加載實驗臺上壓桿5a固定于=軸試驗艙1 上，軸壓加載實驗臺下壓桿化可上、下活動W加載軸壓，軸壓加載實驗臺下壓桿化與軸壓 加載裝置連接，立軸試驗艙1外壁上設置有連通=軸試驗艙1的進油閥7和回油閥8,=軸 試驗艙1的底部設置有進氣閥9和出氣閥10,所述的液壓油圍壓加載系統3由油累、加壓 累和油箱組成，加壓累和油累的吸引口均與油箱連接，加壓累和油累的出油口均與進油閥7 連接，油累還與回油閥8連接，所述的巖屯、夾持裝置由巖屯、夾持器11、氣墊12、絕緣自粘密 封帶13和熱縮套14組成，巖屯、夾持器11的上、下端分別設置有與進氣閥9連接的進氣口 15和與出氣閥10連接的出氣口 16,二氧化碳氣瓶2與進氣閥9連接，所述的流量監測裝置 由玻璃量管17和橡膠軟管18組成。
[0030] 所述的玻璃量管17固定在固定夾持裝置19上，玻璃管中有色液滴氣泡在氣體的 推動下可向上滑動。
[0031] 一種測定巖石破裂過程中滲透率的方法，它包括W下步驟：
[0032] S1、塑封巖屯、；
[003引 S(l);取出直徑為25mm、長度為50mm的巖屯、樣本，通過磨石機磨平巖屯、6的兩個 端面，使兩端面均垂直于巖屯、6軸線，軸向角度偏差不超過0. 05° ;
[0034] S (2);將巖屯、6兩端的頂部均重疊放置直徑25mm的氣墊12,再將氣墊12放置于 巖屯、夾持器11中間；
[0035] S(3);用絕緣自粘密封帶13將巖屯、夾持器11、氣墊12和巖屯、6的側面均勻纏繞包 裹為整體，目的是為了防止實驗