一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置及方法制造方法及图纸

一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置及方法，属于层状岩石渗透特性研究领域。其岩样夹持器内设有用以夹持圆盘岩样的空仓结构，空仓结构上下设有渗流流体通道，四个侧向方位开有液压流道，密封压头设置在圆柱体夹持器上下，圆盘岩样上下弧顶设置两个薄壁高强度金属管，与圆盘岩样一起被硅胶热缩套紧缩套住分别嵌入夹持器上下两部分的渗流流体通道内。通过岩样夹持器能够将渗透率测量系统的三轴围压传递给含层理结构的圆盘岩样，每次测试后重新旋转圆盘岩样的角度，即可实现流体与层理面呈不同角度的渗流。该方法步骤简单、使用方便，既能保证每次试验岩样的统一性，有效排除离散性的影响，又能实现任意层理面倾角的渗透率测定。渗透率测定。渗透率测定。

【技术实现步骤摘要】
一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置及方法


[0001]本专利技术涉及到层状岩石渗透特性的各向异性行为研究领域，尤其适用于一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置及方法。

技术介绍

[0002]层状岩体在自然界中分布广泛，是各类地下工程中常见的岩体。由于层状岩体含有特有的层理结构，流体在沿与层理面呈不同倾角方向上流动时具有不同的渗透特征，即层状岩体的渗透性具有明显的各向异性，准确了解其渗流特性对工程的安全稳定至关重要。目前，实验室设备测定岩石渗透率时，一般是将圆柱体岩样密封完成后放入三轴压力室内对其周围施加围压，然后沿圆柱体岩样轴向注入流体，对于可以视作各向同性体的岩石材料而言该方法简单可行。但对于具有显著各向异性的层状岩石，若要采取该种方法测量与层理面呈不同夹角方向的渗透率，目前通常的做法是加工若干不同层理倾角的层状岩体圆柱体岩样来分别进行实验，如此一来每种层理倾角都是单独的圆柱体岩样，不同岩样之间存在离散性，这种离散性造成的实验结果差异会干扰对各向异性差异的分析和判断，因此需要准确控制变量，对同一个岩样进行不同层理倾角方向上的实验，以排除岩样离散性的影响，为此，一些研究人员将岩样加工成立方体，通过对同一立方体岩样三个方向上进行渗流测试，可以获得三个方向上的渗透率特性，但此种方法也只能获取三个方向上的渗透特性，研究数据量太少，若要获取其他方向上的渗透数据还是需要加工若干不同的立方体岩样，同样无法避免岩样离散性对试验结果的影响。为此，本专利技术公布了一套应用于层状岩石岩样各向异性渗透率测量的夹持装置和试验方法，旨在解决现有测量方法中测量方向有限以及岩样离散性干扰所造成的试验难题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足之处，提供一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置及方法，能够有效解决流体在层状岩体中与层理面不同夹角方向上的渗透率测定问题。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术的一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置，用以测试不同围压和流体压力下的层状岩石各向异性渗透特性，通过将现有的渗透率测量系统中的圆柱体岩样更换为结构体积相同的夹持机构，夹持机构内夹持有盘状结构的圆盘岩样，并能够将渗透率测量系统的三轴围压传递给圆盘岩样，所述圆盘岩样为含层理结构，在一个圆盘岩样的任意方向上均能创造出流体通道，因此需要改变圆盘岩样的流体通道夹角即可测量圆盘岩样不同方向上的渗透率特性；
[0005]所述设置在夹持机构内的圆盘岩样侧曲面上下设置，两平面左右设置，能传递围压的夹持机构内设有与圆盘岩样完全匹配且包裹的空仓结构，能传递围压的夹持机构包括上下两个相互匹配的圆柱体组合构成，两个相互匹配的圆柱体的连接处各设有半个空仓结构的半圆盘空仓，位于上方的圆柱体下方设有构成上半个空仓结构的半圆盘空仓，位于下方的圆柱体上方设有构成下半个空仓结构的半圆盘空仓，上下两个圆柱体的圆心处均垂直
轴向设有贯通半圆盘空仓的渗流流体通道，上下两个圆柱体的侧壁上水平等间距设有四条与半圆盘空仓的液压油通道，液压油通道连通半圆盘空仓与圆柱体的外侧；
[0006]所述能传递围压的夹持机构的上下分别设有两组内置L型流体通道的密封压头，两组压头中的L型流体通道一端设置在压头的圆心处并通过设置凸起的中心凸台与圆柱体顶底部的渗流流体通道插接，L型流体通道的另一端横向设置在压头一端端部设有外接渗流管道的密封接头。
[0007]流体从圆盘岩样的一端渗流流体通道流进，圆盘岩样另一端渗流流体通道流出，然后通过测量密封接头的流体压力和流量来计算得到该工况下圆盘岩样的渗透率等参数。
[0008]进一步，压头与圆柱体之间通过环形密封槽密封连接，防止缝隙产生泄露，所述上下两个相互匹配的圆柱体连接的端面侧边缘设有相互匹配的凹台和凸台结构，从而使上下两部分圆柱体相互锁扣密封成一个整体。
[0009]进一步，圆盘岩样的外侧包裹有耐高温高压硅胶热缩套，在上下两条渗流流体通道内设有尺寸匹配的薄壁高强度金属管，上下两条渗流流体通道中的薄壁高强度金属管与圆盘岩样接触并一通被硅胶热缩套紧缩套住，壁高强度金属管与圆盘岩样的弧形面接触并匹配，从而使圆盘岩样与相互连接的上下两根壁高强度金属管紧密贴合一体。
[0010]进一步，两个半圆盘空仓组成的空仓结构，其具体为圆形截面垂直设置的柱状结构，或者为圆形截面垂直设置的饼状结构。
[0011]一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置的层状岩石圆盘岩样各向异性渗透率测量方法，步骤如下：
[0012]S1、设置好圆盘岩样的层理面倾角，将两根薄壁高强度金属管的一个端面分别打磨至与圆盘岩样弧面匹配，之后将两根薄壁高强度金属管对称放置在圆盘岩样的圆弧面处，在两根薄壁高强度金属管于圆盘岩样外侧套上耐高温高压硅胶热缩套，利用热吹风机将热缩套加热紧缩，从而使热缩套紧密包裹住圆盘岩样和薄壁高强度金属管，将对称设置的两根薄壁高强度金属管与圆盘岩样形成一个整体；
[0013]S2、将包裹有耐高温高压硅胶热缩套的两个薄壁高强度金属管从岩样夹持器上下两个圆柱体的半圆盘空仓弧顶处慢慢插入到渗流流体通道内，同时上下圆柱体慢慢合拢并紧扣，两个半圆盘空仓形成一个整体将圆盘岩样密封在岩样夹持器内部；
[0014]S3、将两个密封压头分别与岩样夹持器的上下圆柱体端面紧密接触，并保证密封压头端面的环形密封槽与岩样夹持器的密封圈相互嵌入贴合密封，同时使密封压头端面中心的开孔凸台完全嵌入夹持器渗流流体通道的薄壁高强度金属管内，从而防止流通液体泄露；
[0015]S4、将密封压头侧壁的密封接头与外部渗透率测量系统的流体管道连接；所述外部渗透率测量系统为现有成熟技术，分别通过管路与本装置进行连接；
[0016]S5、随后将固定密封好的岩样夹持器和密封压头组成的夹持机构放置在夹持机构底座上，按照现有技术的流程先连接好外接设备的各项传感器，向安装好圆盘岩样的夹持机构内充油和加围压：加围压过程中，液压油经过液压油通道进入空仓结构与圆盘岩样的间隙，从而实现将油压施加在包裹圆盘岩样的耐高温高压硅胶热缩套表面，实现了给圆盘岩样施加围压的目的；充油和加围压完成后开始充入渗流流体，流体经过密封接头进入流体通道通过薄壁高强度金属管流进圆盘岩样中，再从圆盘岩样下端的薄壁高强度金属管流
出；流体压力始终小于围压，从而保证流体在围压作用下不会沿圆盘岩样与耐高温高压硅胶热缩套的交界面流过，而是只能从圆盘岩样内部流过；在耐高温高压硅胶热缩套和薄壁金属管的作用下，液压油始终与流体通过耐高温高压硅胶热缩套隔绝，直到与密封压头的接触面，在夹持器密封圈和外接系统对密封压头施加的压力作用下，流体无法从此处泄露到三轴围压室，三轴围压室的液压油也无法从此处进入夹持器内。
[0017]液压油通过流体通道进入空仓结构与圆盘岩样的间隙内将油压施加在耐高温高压硅胶热缩套表面，实现了给圆盘岩样施加围压的技术目的，随后进行注入流体等一系列操作，完成三轴压缩情况下的层状岩石渗透率测试。
[0018]进一步，圆盘岩样中层状岩石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置，其特征在于：用以测试不同围压和流体压力下的层状岩石各向异性渗透特性，通过将现有的渗透率测量系统中的圆柱体岩样更换为结构体积相同的夹持机构，夹持机构内夹持有盘状结构的圆盘岩样(1)，并能够将渗透率测量系统的三轴围压传递给圆盘岩样(1)，所述圆盘岩样(1)为含层理结构，在一个圆盘岩样(1)的任意方向上均能创造出流体通道，因此需要改变圆盘岩样(1)的流体通道夹角即可测量圆盘岩样(1)不同方向上的渗透率特性；所述设置在夹持机构内的圆盘岩样(1)侧曲面上下设置，两平面左右设置，能传递围压的夹持机构内设有与圆盘岩样(1)完全匹配且包裹的空仓结构，能传递围压的夹持机构包括上下两个相互匹配的圆柱体(2)组合构成，两个相互匹配的圆柱体(2)的连接处各设有半个空仓结构的半圆盘空仓(3)，位于上方的圆柱体(2)下方设有构成上半个空仓结构的半圆盘空仓(3)，位于下方的圆柱体(2)上方设有构成下半个空仓结构的半圆盘空仓(3)，上下两个圆柱体(2)的圆心处均垂直轴向设有贯通半圆盘空仓(3)的渗流流体通道(5)，上下两个圆柱体(2)的侧壁上水平等间距设有四条与半圆盘空仓(3)的液压油通道(4)，液压油通道(4)连通半圆盘空仓(3)与圆柱体(2)的外侧；所述能传递围压的夹持机构的上下分别设有两组内置L型流体通道(9)的密封压头，两组压头(7)中的L型流体通道(9)一端设置在压头的圆心处并通过设置凸起的中心凸台(10)与圆柱体(2)顶底部的渗流流体通道(5)插接，L型流体通道(9)的另一端设置在压头(7)一端端部设有外接渗流管道的密封接头(11)。流体从圆盘岩样(1)的一端渗流流体通道(5)流进，圆盘岩样(1)另一端渗流流体通道(5)流出，然后通过测量密封接头(11)的流体压力和流量来计算得到该工况下圆盘岩样的渗透率等参数。2.根据权利要求1所述用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置，其特征在于：压头(7)与圆柱体(2)之间通过环形密封槽(8)密封连接，防止缝隙产生泄露，所述上下两个相互匹配的圆柱体(2)连接的端面侧边缘设有相互匹配的凹台和凸台结构，从而使上下两部分圆柱体(2)相互锁扣密封成一个整体。3.根据权利要求1所述用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置，其特征在于：圆盘岩样(1)的外侧包裹有耐高温高压硅胶热缩套(12)，在上下两条渗流流体通道(5)内设有尺寸匹配的薄壁高强度金属管(13)，上下两条渗流流体通道(5)中的薄壁高强度金属管(13)与圆盘岩样(1)接触并一通被硅胶热缩套(12)紧缩套住，壁高强度金属管(13)与圆盘岩样(1)的弧形面接触并匹配，从而使圆盘岩样(1)与相互连接的上下两根壁高强度金属管(13)紧密贴合一体。4.根据权利要求1所述用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置，其特征在于：两个半圆盘空仓(3)组成的空仓结构，其具体为圆形截面垂直设置的柱状结构，或者为圆形截面垂直设置的饼状结构。5.一种使用上述权利要求1
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3所述用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置的层状岩石圆盘岩样各向异性渗透率测量方法，其特征在于步骤如下：S1、设置好圆盘岩样(1)的层理面倾角，将两根薄壁高强度金属管(13)的一个端面分别打磨至与圆盘岩样(1)弧面匹配，之后将两根薄壁高强度金属管(13)对称放置在圆盘岩样(1)的圆弧面处，在两根薄壁高强度金属管(13)于圆盘岩样(1)外侧套上耐高温高压硅胶热
缩套(12)，利用热吹风机将热缩套(12)加热紧缩，从而使热缩套(12)紧密包裹住圆盘岩样(1)和薄壁高强度金属管(13)，将对称设置的两根薄壁高强度金属管(13)与圆盘岩样(1)形成一个整体；S2、将包裹有耐高温高压硅胶热缩套(12)的两个薄壁高强度金属管(13)从岩样夹持器上下两个圆柱体(2)的半圆盘空仓(3)弧顶处慢慢插入到渗流流体通道(5)内，同时上下圆柱体(2)慢慢合拢并紧扣，两个半圆盘空仓(3)形成一个整体将圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷鹏飞，杨圣奇，高峰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：