低渗岩石瞬态气压脉冲渗透率测量方法

摘要

本发明涉及低渗岩石瞬态气压脉冲渗透率测量装置及测量方法，该装置包括围压伺服系统、气压伺服系统、数据采集处理系统；其中，围压伺服系统可以在低渗岩石试样侧向施加0~60MPa围压；气压伺服系统由注气系统和气体渗透系统组成，注气系统可提供0.1~10MPa的高纯氮气，气体渗透系统可进行管道回路和钢瓶回路两个不同量程的气体渗透试验；数据采集系统能实时采集岩石试样在进、出口回路的压力，同时绘制进、出口回路的压力-时间曲线并自动计算岩石试样的渗透率，进行存储及显示。该测量装置可完成岩石材料特别是低渗岩石在不同围压下的渗透率测试试验，试验过程操作简单，结果可靠，并可直观显示结果。

主权项

一种低渗岩石瞬态气压脉冲渗透率测量装置的试验方法，其特征在于，基于一种低渗岩石瞬态气压脉冲渗透率测量装置，包括围压伺服系统、注气系统、气体渗透系统；以及数据采集、处理装置；所述气体渗透系统分别与围压伺服系统、注气系统相连；所述数据采集、处理装置分别与围压伺服系统、注气系统、气体渗透系统连接；所述围压伺服系统包括高压油箱(1)、第一液压阀门(2)、第一高精度液压泵(3)、第一安全片(4)、第二液压阀门(5)以及围压传感器(6)；所述第一高精度液压泵(3)、第一安全片(4)、第二液压阀门(5)依次连接后接围压传感器(6)；第一液压阀门(2)一端与高压油箱(1)连接，另一端分别与第二液压阀门(5)和接围压传感器(6)连接；所述第一高精度液压泵(3)还与注气系统连接；所述围压传感器(6)还与气体渗透系统连接；所述注气系统包括高压氮气(7)及与之相连的气阀(8)，所述气阀(8)还依次连接气体减压阀(9)、第三液压阀门(10)；所述第三液压阀门(10)上接一废气收集容器(11)后分别接与第二安全片(13)和第四液压阀门(14)连接；所述第二安全片(13)前与第二高精度液压泵(12)相连后与上述第一高精度液压泵(3)连接，后与第四液压阀门(14)相连后与气体渗透系统相连；所述气体渗透系统包括进口端、试样及试样密封系统、压力室及支撑装置、以及出口端；其中进口端包括进口端压力传感器(15)、第五液压阀门(29)、第三安全片(32)、进口端钢瓶(34)、第六液压阀门(38)；所述第三安全片(32)前与第五液压阀门(29)相连，后与进口端钢瓶(34)、第六液压阀门(38)依此相连；试样及试样密封系统包括试样(18)、封气箍(16)、橡皮套(17)、渗透活塞(19)；压力室及支撑装置包括压力室(20)、固定压力室(20)的支架(21)、与支架(21)通过紧固螺帽(23)连接固定的支柱(22)、与压力室相连的温度计(25)、置于压力室(20)左下端连通高压油箱(1)的第七液压阀门(24)、置于压力室(20)右上端连通大气的第八液压阀门(26)以及连通高压油箱(1)的第九液压阀门(27)；出口端包括出口端压力传感器(31)、分别与出口端压力传感器(31)相连的第十液压阀门(30)和第十一液压阀门(36)、第四安全片(33)、出口端钢瓶(35)、第十二液压阀门(37)；第四安全片(33)前与第十一液压阀门(36)连接，后与出口端钢瓶(35)、第十二液压阀门(37)依此相连；进口端与出口端由第十三液压阀门(28)相连通；所述围压伺服系统的第二液压阀门(5)与气体渗透系统的压力室(20)相连；所述围压伺服系统的第二液压阀门(5)与气体渗透系统的压力室(20)相连；注气系统的第四液压阀门(14)与气体渗透系统的进口端压力传感器(15)相连；围压伺服系统的第一高精度液压泵(3)与采集、处理装置由计算机(39)相连，注气系统第二高精度液压泵(12)与采集、处理装置由计算机(39)相连；所述数据采集、处理装置包括一个计算机(39)；该试验方法包括以下步骤：步骤1，取样装样：钻取50mm×100mm标准岩石试样，在105℃烘箱中连续烘烤24小时，然后在真空冷却塔中冷置24小时，之后即可放入橡皮套(17)装样，为了保证装样的密封性；步骤2，施加围压：装样完成后，依次关闭第二液压阀门(5)、第七液压阀门(24)、第八液压阀门(26)，然后依次打开第一液压阀门(2)、第九液压阀门(27)，给压力室(20)充液压油，以驱赶压力室(20)里面的空气；液压油通过管道回路回到高压油箱(1)，说明压力室(20)已经充满，此时依此关闭第九液压阀门(27)、第一液压阀门(2)，打开第一高精度液压泵(3)，打开第二液压阀门(5)，施加围压至预定值，围压值通过围压传感器(6)实时采集；步骤3，试样饱和：依次关闭第四液压阀门(14)、第十三液压阀门(28)、第五液压阀门(29)、第十液压阀门(30)，然后打开高压氮气(7)的气阀(8)，使气体减压阀(9)出气压力达到设定值，打开第四液压阀门(14)，打开第二高精度液压泵(12)，给进口管道充气直到压力达到设定值，关闭第四液压阀门(14)，对试样充气饱和，在饱和过程中进出口端的压力值由进出口端压力传感器(15)、(31)实时采集，待进出口端压力值相等并保持恒定后，打开第十三液压阀门(28)；步骤4，管道回路气体渗透：关闭第十三液压阀门(28)，打开第四液压阀门(14)，打开第二高精度液压泵(12)，瞬间提高进口端压力值至预定值，压力增量不要超过基准压力值的10％，然后关闭打开第一高精度液压泵(3)，进行管道回路气体渗透试验，进出口端的压力值由进出口端压力传感器(15)、(31)实时采集，计算机实时对数据进行存储及显示，并计算岩石试样的渗透率，待进出口端压力值相等并保持恒定后，打开第十三液压阀门(28)；步骤5，钢瓶回路气体渗透：依次关闭液压阀第十三液压阀门(28)、第十一液压阀门(36)、第十二液压阀门(37)、第六液压阀门(38)，依次打开第五液压阀门(29)、第十液压阀门(30)、第四液压阀门(14)，瞬间提高进口端压力值至预定值，然后关闭第四液压阀门(14)，进行钢瓶回路气体渗透试验，进出口钢瓶回路压力时程变化曲线由进出口端压力传感器(15)、(31)实时采集，计算机实时对数据进行存储及显示，并计算岩石试样的渗透率，待进出口端压力值相等并保持恒定后，打开第十三液压阀门(28)；步骤6，卸压拆样：关闭气阀(8)，第十三液压阀门(28)、第十一液压阀门(36)、第十二液压阀门(37)、第六液压阀门(38)，将气体排出直到压力显示为管道残余值；卸除围压至管道残余值后关闭第一液压阀门(2)，打开第七液压阀门(24)、第九液压阀门(27)，排出压力室(20)的液压油，油排净后关闭液压阀第七液压阀门(24)、第九液压阀门(27)，打开试样拆除，试验完毕。