基于变容的材料渗透系数测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于变容的材料渗透系数测量系统，涉及一种材料渗透系数测量系统。本发明专利技术由核心装置（１０００）和外围装置（２０００）两部分组成：核心装置（１０００），包括变容装置（１１００）、岩芯夹持器（１２００）、压力计量装置（１３００）和数据采集处理装置（１４００）；外围装置（２０００）包括注气装置（２１００）、注液装置（２２００）、围压装置（２３００）和真空抽取装置（２４００）。本发明专利技术因其成本低廉、操作简单、测量速度快、测量范围广、且测量精度高，使其具有重大的室内实验和工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种材料渗透系数测量系统，尤其涉及一种快速、宽幅的基于变 容的材料渗透系数测量系统。
技术介绍
天然岩石的渗透系数分布范围超过10个数量级。特别是，由于近年来油气田的开发、放射性物质的地下处置以及温室气体的地质封存等工程的安全性评价 和施工设计，迫切需要测量与这些工程相关的材料在外力、温度和化学作用下， 其渗透性能的变化规律。在这种情况下，同一块材料的渗透系数可能大幅度变化达好几个数量级一一从小于1 UD (达西)到1D。目前，常用的各种渗透系数测量系统所能测量的范围一般在2 3个数量级； 国内外尚无采用变容压力脉冲法测量渗透系数的系统；国际上主要用来测量低渗 材料渗透系数的测量方法(例如传统压力脉冲法、恒流泵法等)，其主要理论依 据和部分技术指标与本专利技术相当，但具体的系统设计、求解方法和本专利技术不一样， 且成本也非常昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了满足测量上述材料在外力、温度或化学作用下，其渗透 系数大幅度变化的要求，提供一种基于变容的材料渗透系数测量系统。 本专利技术的目的是这样实现的 一、设计思路1、 利用试压泵，通过合理控制阀门和压力表，获得设计所需要的压力脉冲。2、 设计有综合压缩性可以改变的变容装置，通过合理调节变容容器内气液 体积比，从而获得跨越六个数量级以上的综合压縮性。3、 设计有采集被测试件两端的压差-时间曲线的数据采集处理装置。4、 设计有针对本专利技术而编制的反分析计算软件，拟和采集的压差-时间曲线 图，自动生成被测试件及系统各参数值。(另案申请国家计算机软件著作权登记)二、设计方案如图1.1、 1.2，本专利技术由核心装置(1000)和外围装置(2000)两部分组成核心装置(1000)，包括变容装置(1100)、岩芯夹持器(1200)、压力计量 装置(1300)和数据采集处理装置(1400);外围装置(2000)包括注气装置(2100)、注液装置(2200)、围压装置(2300) 和真空抽取装置(2400)。核心装置(1000)与外围装置(2000)有两种连接方式；连接方式一如图l.l，变容装置(1100)分别连接注气装置(2100)和注 液装置(2200);岩芯夹持器(1200)分别连接注液装置(2200)、围压装置(2300)、 真空抽取装置(2400)和压力计量装置(1300);压力计量装置(1300)连接数 据采集处理装置(1400);连接方式二如图1.2，变容装置(1100)分别连接注气装置(2100)、注 液装置(2200)和真空抽取装置(2400);岩芯夹持器(1200)分别连接注液装 置(2200)、围压装置(2300)和压力计量装置(1300);压力计量装置(1300) 连接数据采集处理装置(1400)。本专利技术的工作原理是外围装置(2000)是建立起连接核心装置(1000)的外围辅助设备，通过施 加围压、注气检漏、抽取真空、注液加压和释放脉冲，做好测量准备工作，然后 由核心装置(1000)完成脉冲衰减、压差-时间数据采集及处理等测量主要工作， 获得最终测量结果。本专利技术可实现双向测量，即压力脉冲可从夹持器(1200)两端中任意一端释 放，可根据试验时的具体情况来简便操作，亦可提高测量的精度。主要是设计被测试件(W)、变容装置(1100)和数据采集处理装置(1400) 之间的相互关系。变容装置(1100)可在系统设计范围内自由调节，来改变其综 合压縮性(即容水量)的大小，关键是根据被测试件(W)，调节第l、 2变容容器(llll、 1121)内气体体积的大小，达到试验设计值进行试验，再由数据采集 处理装置(1400)自动生成被测试件(W)及系统各参数值。本专利技术的核心装置(1000)有以下特点1、 设计精巧，结构对称，泄漏降到最低，误差减到最小，如(a) 利用高质量钢管、阀门、联合接头，获得极低泄漏率、高稳定性的极佳 效果；(b) 采用结构相同的第l、 2变容装置(1110、 1120)，对称连接，保证了核 心装置(1000)整体结构的对称性，以减小误差；(c) 利用弹性和密封性较好的天然胶乳材料制成的分隔膜来完成变容容器内 气液分隔的效果，自由改变气液体积比，调节简单，性能稳定，效果好。2、 自主设计变容装置(1100)，经过严格推理计算，设计其尺寸、选材、加 工工艺以及装配等，使其性能稳定、效果可靠、操作方便，且保证了测量精度。3、 自主设计优化夹持器(1300)，将其改装为己所用，确保试验的合理性， 尽可能多地减少误差来源。4、 所测量的压力信号先经数据采集卡(1410)采集成电压信号，然后在终 端设备(1420)中进行转换成压力信号，获得压差-时间曲线图，再导入针对本 专利技术而编制的反分析计算软件，自动生成本测量系统的相关参数，即本系统所需 要的测量结果。本专利技术具有以下优点和积极效果1、 由于是快速(小于30分钟)、宽幅(6个量级)的室内渗透系数测量系 统，本专利技术特别适用于测量在外力、温度或化学作用下，其渗透系数大幅度变化 的材料。快速测量可减少因长时间测量引起的系统泄漏或温度波动引起的系统误 差等；宽幅测量可扩大其应用范围，亦可减少试验过程中因需改换多套装置而引 起的系统泄漏以及操作复杂等问题，亦可避免试验成本过于昂贵，因此本专利技术的 测量结果更精确，操作更方便，成本更低廉。2、 整个系统中每一个装置以及零部件的完美设计、精工制作、专业装配等 特点，有利于减少误差来源、降低误差大小，以及对测量结果的高效处理，使得 本专利技术更具发展前途和其它潜在应用前景。3、 外围装置的部件均采用了市场成熟产品，且拆装简便、灵活。在其完成试验准备工作之后，可拆卸作它用，降低成本，简化系统，方便携带，为本专利技术 以后的自动化和市场化提供了有力的支持。4、 本专利技术的测量精度和测程范围，及其具有多种连接方式的结构，已占据 国际同类产品的领先地位，更具有能够为油气田的开发、放射性物质的地下处置 以及温室气体的地质封存等工程的安全性评价和施工设计提供特殊测量手段和 便利服务。5、 本专利技术开发出的大量程渗透仪已在试验室内得到验证，为本专利技术的应用及推广开辟了广阔的天地。总之，本专利技术因其成本低廉、操作简单、测量速度快、测量范围广、且测量 精度高，使其具有重大的室内实验和工程应用价值。经检测，本专利技术具有以下基本性能指标1、 量程渗透系数1UD 1D;2、 时间5 30分钟；3、 精度5%以内。附图说明图1. 1是本专利技术连接方式一的结构方框图1. 2是本专利技术连接方式二的结构方框图2是变容装置结构示意图3是本专利技术的核心装置结构示意图4是本专利技术连接方式二的总体结构示意图。(图中的实线代表管路，虚线代表电路。)其中IOOO—核心装置， IIOO—变容装置，1110—第1变容装置，llll一第l变容容器，1112—第1分隔膜，1113—第1排液筒， 1120—第2变容装置，1121—第2变容容器，1122—第2分隔膜，1123—第2排液筒；1200—夹持器；1300—压力计量装置，1310—差压计，1321—第1压力传感器，1322—第2压力传感器； 1400—数据采集处理装置，1410—数据采集卡，1420—终端设备。 2000—外围装置，2100—注气装置，2200—注液装置，2300—本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于变容的材料渗透系数测量系统，其特征在于：由核心装置（１０００）和外围装置（２０００）两部分组成：核心装置（１０００），包括变容装置（１１００）、岩芯夹持器（１２００）、压力计量装置（１３００）和数据采集处理装置（１４００）；外围装置（２０００）包括注气装置（２１００）、注液装置（２２００）、围压装置（２３００）和真空抽取装置（２４００）；核心装置（１０００）与外围装置（２０００）有两种连接方式：变容装置（１１００）分别连接注气装置（２１００）和注液装置（２２００）；岩芯夹持器（１２００）分别连接注液装置（２２００）、围压装置（２３００）、真空抽取装置（２４００）和压力计量装置（１３００）；压力计量装置（１３００）连接数据采集处理装置（１４００）；变容装置（１１００）分别连接注气装置（２１００）、注液装置（２２００）和真空抽取装置（２４００）；岩芯夹持器（１２００）分别连接注液装置（２２００）、围压装置（２３００）和压力计量装置（１３００）；压力计量装置（１３００）连接数据采集处理装置（１４００）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，李小春，魏宁，
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：83[中国|武汉]