一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置及方法，所述装置包括：孔隙度测量组件、岩心夹持器(10)、轴压加载组件、围压加载组件、温控组件(24)和抽真空组件；所述孔隙度测量组件、轴压加载组件、围压加载组件和抽真空组件分别与岩心夹持器(10)相连；所述孔隙度测量组件和岩心夹持器(10)置于温控组件(24)中。本发明专利技术的测试装置能够测量不同应力环境下，特别是各向异性条件下的岩石孔隙度，更加符合现场地层条件下储层岩石的孔隙结构特征；围压及轴压通过计量泵进行控制。此外，本发明专利技术通过差压计对岩心两端的孔隙压力进行测量，有效判断气体平衡状态，对致密岩石的孔隙度测量提供准确判据。

A device and method for measuring rock porosity under different in-situ stresses

【技术实现步骤摘要】
一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置及方法
本专利技术涉及岩土工程岩心测试
，具体涉及一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置及方法。
技术介绍
随着非常规油气资源的开采利用，致密砂岩、页岩等低渗透岩石逐渐成为石油和天然气储存、CO2封存和核废料处置的主要介质和场所。在这些低渗透岩石介质中，其孔隙结构特征是决定能源储量和废弃物封存量的关键因素。其中，岩石的孔隙度是衡量孔隙结构特征的定量参数。岩石的孔隙度主要有气体测试和液体测试两种。液体测试基于阿基米德原理，但液体穿透能力有限，导致样品完全饱水的测试时间长且饱和效果不理想，特别对于特低渗的岩石，难以得到可靠的孔隙度。此外，对于黏土矿物含量大或含有易溶于水的有机质岩石，黏土矿物与有机质容易与入侵的水发生化学反应，造成样品不可逆的破坏。气测方法基于波义尔定律，对岩样本身结构的破坏小，测试效率高，测量结果较液体法较为准确，适合低渗岩石的孔隙度测量。岩石的孔隙度取决于岩石受到的应力条件，不同地应力下岩石的孔隙度不同。然而，市场上已有的气测孔隙度设备主要是在静水条件下或围压条件下测量岩石的孔隙度。而在实际地层条件下，岩石所处的应力环境往往是各向异性的，因此测得的孔隙度无法表征原地层条件下的孔隙度值。在参考文献[1](申请公布号为“CN110095397A”的专利技术专利《GRT-1型多功能全自动页岩气测孔隙度测量方法与装置》)和参考文献[2](申请公布号为“CN106153522A”的专利技术专利《岩心孔隙度测量装置及测量方法》)中，孔隙度均是在静水条件下测量，即岩石的有效应力为零，无法得到实际地层应力条件下的岩石孔隙度。在参考文献[3](申请公布号为“CN103674804A”的专利技术专利《基于惰性气体实验的低渗岩石有效孔隙度测量》)和参考文献[4](申请公布号为“CN110320136A”的专利技术专利《页岩岩心有效孔隙度的测定装置及测定方法》)中，均在不同围压条件下测量岩石的有效孔隙度，不能反映各向异性应力条件下的岩石孔隙度。此外，以上专利均是利用压力表或压力传感器的读数来进行孔隙度测量。对于页岩等具有纳米级孔隙尺度的岩石，由于气体平衡时间长，仅凭压力表无法准确对岩石内孔隙压力是否平衡进行判断，在一定程度上影响了孔隙度测量的准确性。因此有必要开发一种模拟真实地应力条件下岩石孔隙度的测定装置和方法，能够准确、快速地测定不同地应力条件下岩石的孔隙度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置，所述装置包括：孔隙度测量组件、岩心夹持器、轴压加载组件、围压加载组件、温控组件和抽真空组件；所述孔隙度测量组件、轴压加载组件、围压加载组件和抽真空组件分别与岩心夹持器相连；所述孔隙度测量组件和岩心夹持器置于温控组件中；其中，所述孔隙度测量组件，用于测量不同地应力下待测试岩样的压力和压力差；所述岩心夹持器，用于固定待测试岩样，同时对待测试岩样施加围压和轴压；所述轴压加载组件，用于产生作用于待测试岩样的轴压；所述围压加载组件，用于产生作用于待测试岩样的围压；所述温控组件，用于保持测量过程中管路内的气体恒温；所述抽真空组件，用于对孔隙度测量组件中的管路抽真空。作为上述装置的一种改进，所述孔隙度测量组件包括：高压气瓶、减压阀、第一阀门、第二阀门、参比室、第一压力表、第三阀门、第二压力表和差压计；其中，所述高压气瓶通过管路依次与减压阀和第一阀门连通；管路经过第一阀门后分成两路，一路依次经过参比室、第三阀门与岩心夹持器连通；另一路经过第二阀门与岩心夹持器连通；在参比室与第三阀门的连接管路还分出一路，连接第一压力表；在第二阀门与岩心夹持器连接管路还分出一路，连接第二压力表；在第二阀门与第二压力表的连接管路中段还分出一路，连接差压计后分出三路，一路与第三阀门和参比室连通，一路与抽真空组件连通，还有一路与岩心夹持器连通。作为上述装置的一种改进，所述岩心夹持器包括处于内部的热收缩管及处于外壁的围压注入孔、轴压注入孔流体注入口和流体采出口；其中，所述热收缩管将待测试岩样密封后固定在岩心夹持器内；所述围压注入孔和轴压注入孔分别与所述围压加载组件和轴压加载组件相连；所述流体注入口和流体采出口与所述孔隙度测量组件相连。作为上述装置的一种改进，所述轴压加载组件包括：轴压加载垫块、轴压第一控制阀、轴压加载泵、轴压第二控制阀和轴压动力源；其中，所述轴压动力源输出管路依次经过轴压第二控制阀、轴压加压泵、轴压第一控制阀到轴压加载垫块；所述轴压加载垫块为不锈钢材质圆柱形滑块，安装在所述岩心夹持器的热收缩管上部；该轴压加载块受轴压动力源驱动，对待测试岩样施加轴压；所述轴压动力源为去离子水；所述轴压加压泵为高精度计量泵。作为上述装置的一种改进，所述围压加载组件包括：围压第一控制阀、围压加压泵、围压第二控制阀和围压动力源；其中，所述围压动力源输出管路依次经过围压第二控制阀、围压加压泵、围压第一控制阀与所述岩心夹持器的围压注入孔连通；所述围压动力源为去离子水；所述围压加压泵为高精度计量泵。作为上述装置的一种改进，所述抽真空组件包括真空系统控制阀和真空泵；其中，所述真空泵通过管路与真空系统控制阀连通，该管路与流体注入口、第三阀门和差压计均连通。作为上述装置的一种改进，所述温控组件为气浴箱；所述第二阀门、参比室、第一压力表、第三阀门、第二压力表、差压计、岩心夹持器、真空系统控制阀、轴压第一控制阀、围压第一控制阀均放置在气浴箱内。本专利技术还提出了一种不同地应力下岩石孔隙度测量方法，所述方法包括：步骤1)将固定尺寸的标准样品放入所述热收缩管中，对标准样品进行密封；步骤2)通过围压加载组件和轴压加载组件分别对标准样品施加围压和轴压，并使该标准样品受到的围压和轴压均维持在设计值；步骤3)对孔隙度测量组件抽真空；步骤4)向孔隙度测量组件注气，进行管路体积测量及标定；步骤5)关闭围压加载组件和轴压加载组件，停止对标准样品施加围压和轴压，拆卸标准样品；步骤6)将待测试岩样放入热收缩管，对待测试岩样进行密封，所述待测试岩样的体积为V；步骤7)重复步骤2)和步骤3)，通过围压加载组件和轴压加载组件分别对待测试岩样施加围压和轴压，并对孔隙度测量组件抽真空；步骤8)对孔隙度测量组件注气，通过第一压力表和第二压力表获得压力值，通过差压计获得压力差值；步骤9)根据压力值、管路标定的体积和待测试岩样的体积，计算得到孔隙度。作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体包括：关闭所述围压第一控制阀，打开围压第二控制阀，向围压加压泵注满围压动力源；关闭围压第二控制阀，打开围压第一控制阀；对待测试岩样施加一定的围压后，使得围压维持在设计值；关闭轴压第一控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述装置包括：孔隙度测量组件、岩心夹持器(10)、轴压加载组件、围压加载组件、温控组件(24)和抽真空组件；所述孔隙度测量组件、轴压加载组件、围压加载组件和抽真空组件分别与岩心夹持器(10)相连；所述孔隙度测量组件和岩心夹持器(10)置于温控组件(24)中；其中，/n所述孔隙度测量组件，用于测量不同地应力下待测试岩样的压力和压力差；/n所述岩心夹持器(10)，用于固定待测试岩样，同时对待测试岩样施加围压和轴压；/n所述轴压加载组件，用于产生作用于待测试岩样的轴压；/n所述围压加载组件，用于产生作用于待测试岩样的围压；/n所述温控组件(24)，用于保持测量过程中管路内的气体恒温；/n所述抽真空组件，用于对孔隙度测量组件中的管路抽真空。/n

【技术特征摘要】
1.一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述装置包括：孔隙度测量组件、岩心夹持器(10)、轴压加载组件、围压加载组件、温控组件(24)和抽真空组件；所述孔隙度测量组件、轴压加载组件、围压加载组件和抽真空组件分别与岩心夹持器(10)相连；所述孔隙度测量组件和岩心夹持器(10)置于温控组件(24)中；其中，
所述孔隙度测量组件，用于测量不同地应力下待测试岩样的压力和压力差；
所述岩心夹持器(10)，用于固定待测试岩样，同时对待测试岩样施加围压和轴压；
所述轴压加载组件，用于产生作用于待测试岩样的轴压；
所述围压加载组件，用于产生作用于待测试岩样的围压；
所述温控组件(24)，用于保持测量过程中管路内的气体恒温；
所述抽真空组件，用于对孔隙度测量组件中的管路抽真空。


2.根据权利要求1所述的不同地应力下岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述孔隙度测量组件包括：高压气瓶(1)、减压阀(2)、第一阀门(3)、第二阀门(4)、参比室(5)、第一压力表(6)、第三阀门(7)、第二压力表(8)和差压计(9)；其中，
所述高压气瓶(1)通过管路依次与减压阀(2)和第一阀门(3)连通；管路经过第一阀门(3)后分成两路，一路依次经过参比室(5)、第三阀门(7)与岩心夹持器(10)连通；另一路经过第二阀门(4)与岩心夹持器(10)连通；
在参比室(5)与第三阀门(7)的连接管路还分出一路，连接第一压力表(6)；
在第二阀门(4)与岩心夹持器(10)连接管路还分出一路，连接第二压力表(8)；
在第二阀门(4)与第二压力表(8)的连接管路中段还分出一路，连接差压计(9)后分出三路，一路与第三阀门(7)和参比室(5)连通，一路与抽真空组件连通，还有一路与岩心夹持器(10)连通。


3.根据权利要求2所述的不同地应力下岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述岩心夹持器(10)包括处于内部的热收缩管(12)及处于外壁的围压注入孔(28)、轴压注入孔(27)流体注入口(25)和流体采出口(26)；其中，
所述热收缩管(12)将待测试岩样(13)密封后固定在岩心夹持器(10)内；
所述围压注入孔(28)和轴压注入孔(27)分别与所述围压加载组件和轴压加载组件相连；
所述流体注入口(25)和流体采出口(26)与所述孔隙度测量组件相连。


4.根据权利3所述的不同地应力下岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述轴压加载组件包括：轴压加载垫块(11)、轴压第一控制阀(14)、轴压加载泵(16)、轴压第二控制阀(17)和轴压动力源(18)；其中，
所述轴压动力源(18)输出管路依次经过轴压第二控制阀(17)、轴压加压泵(16)、轴压第一控制阀(14)到轴压加载垫块(11)；所述轴压加载垫块(11)为不锈钢材质圆柱形滑块，安装在所述岩心夹持器(10)的热收缩管(12)上部；该轴压加载块(11)受轴压动力源(18)驱动，对待测试岩样(13)施加轴压；所述轴压动力源(18)为去离子水；所述轴压加压泵(16)为高精度计量泵。


5.根据权利要求4所述的不同地应力下岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述围压加载组件包括：围压第一控制阀(15)、围压加压泵(19)、围压第二控制阀(20)和围压动力源(21)；其中，
所述围压动力源(21)输出管路依次经过围压第二控制阀(20)、围压加压泵(19)、围压第一控制阀(15)与所述岩心夹持器(10)的围压注入孔(28)连通；所述围压动力源(21)为去离子水；所述围压加压泵(19)为高精度计量泵。


6.根据权利要求5所述的不同地应力下岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述抽真空组件包括真空系统控制阀(22)和真空泵(23)；其中，
所述真空泵(23)通过管路与真空系统控制阀(22)连通，该管路与流体注入口(25)、第三阀门(7)和差压计(9)均连通。


7.根据权利要求6所述的不同地应力下岩石孔隙度测量装置，其特征在于，所述温控组件(24)为气浴箱；
所述第二阀门(4)、参比室(5)、第一压力表(6)、第三阀门(7)、第二压力表(8)、差压计(9)、岩心夹持器(10)、真空系统控制阀(22)、轴压第一控制阀(14)、围压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞颖，李琦，何淼，肖威，申海萌，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42