一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及岩石力学与工程技术领域，提供一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置，其在岩石试样的上方和下方均依次紧贴有在底面开设有均匀分布的凹槽的不锈钢多孔板、在侧面开设有与凹槽连通的流体通过孔的有孔变截面加载板，前后左右四个方向均依次紧贴有不锈钢无孔板、无孔变截面加载板；凹槽在底部开设有均匀分布的导流孔。本发明专利技术还提供一种使用上述装置进行岩石渗透率测量的方法，先后逐渐增加静水压力、左右方向压应力、上下方向压应力，测量岩石试样在各种受力情况下的渗透率。本发明专利技术能够形成均匀稳定的渗流场，准确地模拟岩石的耦合渗透过程，提高真三轴应力全耦合下岩石渗透率的测量精度，大幅降低测量成本，简单且方便使用。

【技术实现步骤摘要】
一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置和方法
本专利技术涉及岩石力学与工程
，特别是涉及一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置和方法。
技术介绍
由于储层岩石是多孔介质，岩石的渗透率是储层岩石的一个重要储层特征。岩石的渗透性是表示储层岩石在一定的压差下，允许流体(油、气、水)通过的性能，而渗透性的大小用渗透率来表示，因此渗透率是油气储层重要的物理特性参数。而对于渗透率的测量，是油气资源评价和开发方案设计的地质基础，同时也是评估各类地质储库存储和密封安全性能的重要技术评价指标；渗透性的准确性也对油、气井的产量产生重要的影响，也关系到能否定量研究不同储集类型岩石的弹性与粘弹性性质同岩石孔隙性与渗透性的关系。作为一种地质材料，岩石地层的渗透率与其赋存区域的地应力等因素密切相关。深部地应力基本都是各向异性的，因此，对于岩石渗透率的测量，必须考虑其受到的三维原位地应力的影响；在应力随着工程活动发生变化的情况下，更要考虑应力变化引起的渗透率的变化，才能更加准确地评价岩层的渗透性。可见，需要对真三轴应力耦合下岩石渗透率进行准确测量，用以准确获取深部岩层在地应力作用及演化下的渗透特性。现有的真三轴应力耦合下岩石渗透率测试装置和方法的应力加载大多是通过对立方体或长方体岩石试样的六个端面三个方向分别施加荷载实现的，较好地模拟了岩石在真三轴下的受力状态，但其主要是模拟水压致裂过程，即流体的引入均是由导流孔引入到待测试样中，无法在岩石试样中形成均匀稳定的渗流场，不满足达西定律计算渗透率的前提条件，从而会导致渗透率的测量精度低。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置和方法，能够形成均匀稳定的渗流场，满足达西定律计算渗透率的前提条件，准确地模拟岩石的耦合渗透过程，提高真三轴应力全耦合下岩石渗透率的测量精度，准确获取深部岩层在地应力作用及演化下的渗透特性，大幅降低测量成本，简单且方便使用。本专利技术的技术方案为：一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置，其特征在于：包括岩石试样；所述岩石试样在上方依次紧贴有上方不锈钢多孔板、上方有孔变截面加载板，所述岩石试样在下方依次紧贴有下方不锈钢多孔板、下方有孔变截面加载板；所述岩石试样为长方体结构；所述上方不锈钢多孔板为长方体结构且在上底面开设有均匀分布的凹槽，所述凹槽在底部开设有均匀分布的导流孔，所述导流孔沿竖直方向贯通上方不锈钢多孔板，所述上方不锈钢多孔板的下底面与岩石试样的上底面紧贴且尺寸相同；所述上方有孔变截面加载板为直四棱柱结构且底面为等腰梯形，所述上方有孔变截面加载板的两个互相平行的侧面中面积最大的那个侧面与上方不锈钢多孔板的上底面紧贴且尺寸相同，所述上方有孔变截面加载板的两个相对但不平行的侧面中的一个侧面上开设有流体流出孔，所述流体流出孔沿竖直方向贯通上方有孔变截面加载板；所述流体流出孔与凹槽相连通；所述下方不锈钢多孔板与上方不锈钢多孔板材质相同、结构相同且关于岩石试样的中心水平横截面对称设置；所述下方有孔变截面加载板与上方有孔变截面加载板材质相同、结构相同且关于岩石试样的中心水平横截面对称设置，所述下方有孔变截面加载板上与流体流出孔对应的是流体注入孔；所述岩石试样在前方依次紧贴有前方不锈钢无孔板、前方无孔变截面加载板，所述岩石试样在后方依次紧贴有后方不锈钢无孔板、后方无孔变截面加载板，所述岩石试样在左方依次紧贴有左方不锈钢无孔板、左方无孔变截面加载板，所述岩石试样在右方依次紧贴有右方不锈钢无孔板、右方无孔变截面加载板；所述前方不锈钢无孔板为长方体结构，所述前方不锈钢无孔板的后底面与岩石试样的前侧面紧贴且尺寸相同；所述前方无孔变截面加载板为直四棱柱结构且底面为等腰梯形，所述前方无孔变截面加载板的两个互相平行的侧面中面积最大的那个侧面与前方不锈钢无孔板的前底面紧贴且尺寸相同；所述后方不锈钢无孔板、左方不锈钢无孔板、右方不锈钢无孔板均与前方不锈钢无孔板结构相同，所述后方无孔变截面加载板、左方无孔变截面加载板、右方无孔变截面加载板均与前方无孔变截面加载板结构相同；所述后方不锈钢无孔板与前方不锈钢无孔板关于岩石试样的与岩石试样前侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述左方不锈钢无孔板与右方不锈钢无孔板关于岩石试样的与岩石试样左侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述后方无孔变截面加载板与前方无孔变截面加载板关于岩石试样的与岩石试样前侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述左方无孔变截面加载板与右方无孔变截面加载板关于岩石试样的与岩石试样左侧面平行的中心竖直横截面对称设置。所述岩石试样的上底面为正方形。所述前方不锈钢无孔板、后方不锈钢无孔板、左方不锈钢无孔板、右方不锈钢无孔板均与上方不锈钢多孔板材质相同；所述前方无孔变截面加载板、后方无孔变截面加载板、左方无孔变截面加载板、右方无孔变截面加载板均与上方有孔变截面加载板材质相同。一种使用上述真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置进行岩石渗透率测量的方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1：将流体注入孔与相配套的流体输入管道连接，将流体输入管道在另一端与第一液压泵连接；将流体流出孔与相配套的流体输出管道连接，将流体输出管道在另一端与流量测量装置连接；将所述真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置密封在液体中；步骤2：使用第二液压泵以恒定的压力增速对岩石试样施加各向等压的静水压力，当所述静水压力达到时，保持所述静水压力不变；使用第一液压泵以恒定的压力Pin通过流体输入管道向流体注入孔中注入流体，形成流入流体；流入流体经过流体注入孔后，流入下方不锈钢多孔板的凹槽中，通过凹槽均匀地布满于下方不锈钢多孔板的下底面，然后均匀地通过下方不锈钢多孔板的导流孔，流入到岩石试样，通过岩石试样渗透后，依次经过上方不锈钢多孔板的导流孔与凹槽、流体流出孔、流体输出管道后，形成流出流体，再进入流量测量装置；步骤3：当岩石试样达到饱和状态时，对ti时刻岩石试样在静水压力作用下的渗透率进行测量，具体步骤如下：步骤3.1：通过流量测量装置对ti时刻流出流体的流量进行测量，然后根据达西定律对ti时刻岩石试样的渗透率进行计算；其中，i为流量测量的次数，i的初始值为1，ti为第i次测量流量时对应的时刻；步骤3.2：重复步骤3.1，直至i＝l0；其中，l0为预先设定的参数；步骤4：继续以恒定的压力增速增大所述静水压力，所述静水压力每增加Δσ3，重复步骤3.1，对ti时刻岩石试样在静水压力作用下的渗透率进行测量；当静水压力增大到第一目标值σ3时，停止测量并保持静水压力不变；步骤5：使用第三液压泵通过活塞传动装置以恒定的压应力增速对左方无孔变截面加载板施加第一压应力、对右方无孔变截面加载板施加第二压应力，所述第一压应力垂直于岩石试样的左侧面，所述第二压应力与第一压应力大小相同且方向相反；当第一压应力和第二压应力达到时，保持第一压应力和第二压应力不变；然后，重复步骤3.1，对ti时刻岩石试样在静水压力、第一压应力和第二压应力共同作用下的渗透率进行测量，直至i＝m0；其中，m0为预先设定的参数；步骤6：继续以恒定的压应力增速增大所述第一压应力和第二压应力，所述第一压应力和第二压应力每增加Δσ2，重复步骤3.1，对ti时刻岩石试样在静水压力、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置，其特征在于：包括岩石试样；所述岩石试样在上方依次紧贴有上方不锈钢多孔板、上方有孔变截面加载板，所述岩石试样在下方依次紧贴有下方不锈钢多孔板、下方有孔变截面加载板；所述岩石试样为长方体结构；所述上方不锈钢多孔板为长方体结构且在上底面开设有均匀分布的凹槽，所述凹槽在底部开设有均匀分布的导流孔，所述导流孔沿竖直方向贯通上方不锈钢多孔板，所述上方不锈钢多孔板的下底面与岩石试样的上底面紧贴且尺寸相同；所述上方有孔变截面加载板为直四棱柱结构且底面为等腰梯形，所述上方有孔变截面加载板的两个互相平行的侧面中面积最大的那个侧面与上方不锈钢多孔板的上底面紧贴且尺寸相同，所述上方有孔变截面加载板的两个相对但不平行的侧面中的一个侧面上开设有流体流出孔，所述流体流出孔沿竖直方向贯通上方有孔变截面加载板；所述流体流出孔与凹槽相连通；所述下方不锈钢多孔板与上方不锈钢多孔板材质相同、结构相同且关于岩石试样的中心水平横截面对称设置；所述下方有孔变截面加载板与上方有孔变截面加载板材质相同、结构相同且关于岩石试样的中心水平横截面对称设置，所述下方有孔变截面加载板上与流体流出孔对应的是流体注入孔；所述岩石试样在前方依次紧贴有前方不锈钢无孔板、前方无孔变截面加载板，所述岩石试样在后方依次紧贴有后方不锈钢无孔板、后方无孔变截面加载板，所述岩石试样在左方依次紧贴有左方不锈钢无孔板、左方无孔变截面加载板，所述岩石试样在右方依次紧贴有右方不锈钢无孔板、右方无孔变截面加载板；所述前方不锈钢无孔板为长方体结构，所述前方不锈钢无孔板的后底面与岩石试样的前侧面紧贴且尺寸相同；所述前方无孔变截面加载板为直四棱柱结构且底面为等腰梯形，所述前方无孔变截面加载板的两个互相平行的侧面中面积最大的那个侧面与前方不锈钢无孔板的前底面紧贴且尺寸相同；所述后方不锈钢无孔板、左方不锈钢无孔板、右方不锈钢无孔板均与前方不锈钢无孔板结构相同，所述后方无孔变截面加载板、左方无孔变截面加载板、右方无孔变截面加载板均与前方无孔变截面加载板结构相同；所述后方不锈钢无孔板与前方不锈钢无孔板关于岩石试样的与岩石试样前侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述左方不锈钢无孔板与右方不锈钢无孔板关于岩石试样的与岩石试样左侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述后方无孔变截面加载板与前方无孔变截面加载板关于岩石试样的与岩石试样前侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述左方无孔变截面加载板与右方无孔变截面加载板关于岩石试样的与岩石试样左侧面平行的中心竖直横截面对称设置。...

【技术特征摘要】
1.一种真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置，其特征在于：包括岩石试样；所述岩石试样在上方依次紧贴有上方不锈钢多孔板、上方有孔变截面加载板，所述岩石试样在下方依次紧贴有下方不锈钢多孔板、下方有孔变截面加载板；所述岩石试样为长方体结构；所述上方不锈钢多孔板为长方体结构且在上底面开设有均匀分布的凹槽，所述凹槽在底部开设有均匀分布的导流孔，所述导流孔沿竖直方向贯通上方不锈钢多孔板，所述上方不锈钢多孔板的下底面与岩石试样的上底面紧贴且尺寸相同；所述上方有孔变截面加载板为直四棱柱结构且底面为等腰梯形，所述上方有孔变截面加载板的两个互相平行的侧面中面积最大的那个侧面与上方不锈钢多孔板的上底面紧贴且尺寸相同，所述上方有孔变截面加载板的两个相对但不平行的侧面中的一个侧面上开设有流体流出孔，所述流体流出孔沿竖直方向贯通上方有孔变截面加载板；所述流体流出孔与凹槽相连通；所述下方不锈钢多孔板与上方不锈钢多孔板材质相同、结构相同且关于岩石试样的中心水平横截面对称设置；所述下方有孔变截面加载板与上方有孔变截面加载板材质相同、结构相同且关于岩石试样的中心水平横截面对称设置，所述下方有孔变截面加载板上与流体流出孔对应的是流体注入孔；所述岩石试样在前方依次紧贴有前方不锈钢无孔板、前方无孔变截面加载板，所述岩石试样在后方依次紧贴有后方不锈钢无孔板、后方无孔变截面加载板，所述岩石试样在左方依次紧贴有左方不锈钢无孔板、左方无孔变截面加载板，所述岩石试样在右方依次紧贴有右方不锈钢无孔板、右方无孔变截面加载板；所述前方不锈钢无孔板为长方体结构，所述前方不锈钢无孔板的后底面与岩石试样的前侧面紧贴且尺寸相同；所述前方无孔变截面加载板为直四棱柱结构且底面为等腰梯形，所述前方无孔变截面加载板的两个互相平行的侧面中面积最大的那个侧面与前方不锈钢无孔板的前底面紧贴且尺寸相同；所述后方不锈钢无孔板、左方不锈钢无孔板、右方不锈钢无孔板均与前方不锈钢无孔板结构相同，所述后方无孔变截面加载板、左方无孔变截面加载板、右方无孔变截面加载板均与前方无孔变截面加载板结构相同；所述后方不锈钢无孔板与前方不锈钢无孔板关于岩石试样的与岩石试样前侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述左方不锈钢无孔板与右方不锈钢无孔板关于岩石试样的与岩石试样左侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述后方无孔变截面加载板与前方无孔变截面加载板关于岩石试样的与岩石试样前侧面平行的中心竖直横截面对称设置，所述左方无孔变截面加载板与右方无孔变截面加载板关于岩石试样的与岩石试样左侧面平行的中心竖直横截面对称设置。2.根据权利要求1所述的真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置，其特征在于，所述岩石试样的上底面为正方形。3.根据权利要求1所述的真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置，其特征在于，所述前方不锈钢无孔板、后方不锈钢无孔板、左方不锈钢无孔板、右方不锈钢无孔板均与上方不锈钢多孔板材质相同；所述前方无孔变截面加载板、后方无孔变截面加载板、左方无孔变截面加载板、右方无孔变截面加载板均与上方有孔变截面加载板材质相同。4.一种使用如权利要求1至3中任一项所述的真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置进行岩石渗透率测量的方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1：将流体注入孔与相配套的流体输入管道连接，将流体输入管道在另一端与第一液压泵连接；将流体流出孔与相配套的流体输出管道连接，将流体输出管道在另一端与流量测量装置连接；将所述真三轴应力全耦合下岩石渗透率测量装置密封在液体中；步骤2：使用第二液压泵以恒定的压力增速对岩石试样施加各向等压的静水压力，当所述静水压力达到时，保持所述静水压力不变；使用第一液压泵以恒定的压力Pin通过流体输入管道向流体注入孔中注入流体，形成流入流体；流入流体经过流体注入孔后，流入下方不锈钢多孔板的凹槽中，通过凹槽均匀地布满于下方不锈钢多孔板的下底面，然后均匀地通过下方不锈钢多孔板的导流孔，流入到岩石试样...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘造保，冯夏庭，蔡力聪，陈鸿杰，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21