一種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法
2023-06-04 03:17:06
一種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法，具體的說是涉及一種通過記錄不同時刻上下遊壓力差與時間的關係，通過繪圖法求得巖石氣體滲透係數的試驗裝置及方法。其測量步驟包括製備式樣，施加圍壓值，記錄數值等。該測量方法適用於不同的巖石種類，如較緻密的砂巖、花崗巖、頁巖等。可以測定不同圍壓、不同偏壓及三軸壓縮破壞過程中的氣體滲透係數。根據各應力路徑下氣體滲透係數試驗結果和其他常規測試手段進行比較，可以評估該裝置及方法的可靠性和有效性。
【專利說明】一種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法，具體的說是涉及一種通過記錄不同時刻上下遊壓力差與時間的關係，通過繪圖法求得巖石氣體滲透係數的試驗裝置及方法。
[0002]
技術背景
[0003]在現代巖石工程中，巖石的氣體滲透係數是一項非常重要的技術參數，特別是在地下天然氣存儲、頁巖氣開採和核廢料地下存儲工程中。當前測定巖石氣體滲透係數的方法主要集中在靜水條件下的流量法，然而由於巖石材料所處的環境複雜，靜水條件無法完全模擬真實巖體的賦存環境，且巖石材料內部富含各種缺陷，包括微裂紋、孔隙及節理裂隙等宏觀非連續面，其為氣體滲透提供了存儲和運移的場所。巖石材料在三向應力作用下會產生瞬時變形，特別是在瞬時力學試驗過程中，變形速度較快，改變了巖石滲透性能，影響其滲透係數。氣體滲透係數的現場試樣操作複雜、試驗周期長且耗資巨大，因此，迫切需要一種測定不同應力路徑下巖石氣體滲透係數的測定方法。
[0004]
【發明內容】
[0005]本發明針對上述不足提供了一種一種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法。
[0006]本發明採用如下技術方案:
本發明種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法，測量方法步驟如下:
1)、選擇巖樣，製備成試樣，烘乾後裝入三軸壓力室中；
2)、通過圍壓加載系統I施加圍壓至預定值；
3)、待步驟2)中的圍壓穩定後，通過偏壓加載系統施加偏壓至預定值；
4)、待步驟3)中的偏壓穩定後，通過氣壓加載系統施加氣壓，至氣體排出系統中有穩定的滲透氣體；
5)、關閉氣體排出系統，使試樣兩端氣體壓力基本維持平衡，形成穩定的氣體壓力；
6)、通過氣體加載系統瞬時增大進口氣壓，使巖樣進氣口壓力瞬時大於出氣口壓力，形成瞬時的滲流壓差，通過計算機數據採集系統6記錄上下儲氣罐壓差實測值和壓差變化經過的時間；
7)、當上下儲氣罐中氣壓相等後，調節氣壓加載系統中氣壓值至原值，形成相應的氣
壓；
8)、通過偏壓加載系統繼續增加偏壓，重複以上步驟4)至步驟7)測量該應力狀態下氣體滲透係數，直至巖石破壞。
[0007]有益效果 該測量方法適用於不同的巖石種類，如較緻密的砂巖、花崗巖、頁巖等。可以測定不同圍壓、不同偏壓及三軸壓縮破壞過程中的氣體滲透係數。根據各應力路徑下氣體滲透係數試驗結果和其他常規測試手段進行比較，可以評估該裝置及方法的可靠性和有效性。
[0008]另外，相對於其他裝置只能測量靜水條件下的氣體滲透係數，該試驗裝置可實現巖石三軸壓縮破壞過程中氣體滲透係數的測量，相比於傳統的流量法，克服了試驗過程中氣體流量測量誤差大、試驗過程長、試驗操作複雜和只能測量孔隙率較大巖石的缺點，該方法有著試驗過程短、試驗操作簡單方便、可測量較緻密巖石等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]附圖1是本試驗的結構示意圖；
附圖2是本發明實施例1的In (Δ P (t)/A P)與時間曲線圖附圖3是本發明實施例2的In (Δ P (t)/A P)與時間曲線圖圖中I是圍壓加載系統，2是偏壓加載系統，3是氣壓加載系統，4是三軸壓力室，5是氣體排出系統，6是計算機數據採集系統，7是上儲氣罐，8是下儲氣罐，9是氣壓罐，11是第一開關，12是第二開關，13是第三開關，14是第四開關，15是第五開關；21是第一壓力表，22是第二壓力表，23是第三壓力表，24是第四壓力表，25是第五壓力表；31是第一圍壓泵，32是第二圍壓泵。
[0010]
【具體實施方式】
[0011]如圖所示:一種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法，包括圍壓加載系統1，偏壓加載系統2，氣壓加載系統3，三軸壓力室4，氣體排出系統5，計算機數據採集系統6，上儲氣罐7，下儲氣罐8，氣壓罐9，第一開關11，第二開關12，第三開關13，第四開關14,第五開關15,第六開關16 ;第一壓力表21,第二壓力表22,第三壓力表23,第四壓力表24,第五壓力表25 ;第一圍壓泵31,第二圍壓泵32。
[0012]試驗過程中通過圍壓加載系統I施加偏壓，通過偏壓加載系統2施加偏壓，通過氣壓罐9施加進氣口氣壓，圍壓泵系統I和偏壓泵系統2中採用油壓控制，氣壓控制系統3通過氣壓罐9、第五開關5、第六開關6和上儲氣罐7控制。
[0013]本裝置具體測定步驟如下:
1)、選擇待測巖石，製作巖樣，巖樣尺寸為直徑50mm,高度100mm,烘乾後安裝在三軸壓力室4中；
2)、向三軸壓力室4中充入圍壓油，充滿後，打開第二開關12，通過圍壓泵系統I施加預定圍壓至預定值，壓力值通過第二壓力表22讀出；
3)、待圍壓穩定後，打開第一開關11，通過偏壓泵2施加偏應力至預定值，壓力值通過第一壓力表21讀出；
4)、打開第四開關14，關閉第三開關13和第五開關15，打開第六開關16，通過氣壓罐9給上儲氣罐7中施加氣壓，氣體壓力值通過第五壓力表25讀出；
5)、待上儲氣罐中7中氣體壓力穩定後，關閉第六開關16和第四開關14，緩慢打開第五開關15施加進氣口壓至預定值後關閉第五開關15，氣體壓力值通過第四壓力表24讀出，氣體通過巖樣進入下儲氣罐8,氣體排出系統5氣體壓力通過第三壓力表23讀出，第三壓力表23和第四壓力表24壓力值相等，形成了穩定的氣壓；
6)、通過控制第五開關15瞬時將進氣口壓力增加，使巖樣進氣口壓力瞬時大於出氣口壓力，形成瞬時的氣體滲流壓差Zl八巖樣兩端由於不同的壓力值產生氣體滲流作用，進氣口壓力逐漸減小，出氣口壓力逐漸增大，通過計算機數據採集系統6記錄上下壓差實測值和經過的時間?，根據公式(I)、(2)和(3)測定巖石不同應力路徑下的滲透係數。
[0014]
【權利要求】
1.一種較緻密巖石三向應力條件下氣體滲透係數測量方法，其特徵在於:測量方法步驟如下: 1)、選擇巖樣，製備成試樣，烘乾後裝入三軸壓力室(4)中； 2)、通過圍壓加載系統(I)施加圍壓至預定值； 3)、待步驟2)中的圍壓穩定後，通過偏壓加載系統(2)施加偏壓至預定值； 4)、待步驟3)中的偏壓穩定後，通過氣壓加載系統(3)施加氣壓，至氣體排出系統(5)中有穩定的滲透氣體； 5)、關閉氣體排出系統(5),使試樣兩端氣體壓力基本維持平衡，形成穩定的氣體壓力； 6)、通過氣體加載系統(3)瞬時增大進氣口壓，使巖樣進氣口壓力瞬時大於出水口壓力，形成瞬時的滲流壓差，通過計算機數據採集系統(6)記錄上下儲氣罐壓差實測值和氣壓差變化經過的時間； 7)、當上下儲氣罐中氣壓相等後，調節氣壓加載系統(3)中氣壓值至原值，形成相應的氣壓； 8)、通過偏壓加載系統(2)繼續增加偏壓，重複以上步驟4)至步驟7)測量該應力狀態下氣體滲透係數，直至巖石破壞。
【文檔編號】G01N15/08GK103913409SQ201410125371
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】王偉, 徐衛亞, 王環玲, 李雪浩, 王如賓, 朱其志, 田振元, 賈朝軍, 呂軍 申請人:河海大學