全應力應變下低滲透巖石滲透率的測試方法技術

本發明專利技術涉及一種全應力應變下低滲透巖石滲透率的測試方法，包括如下步驟：在壓力室氣路上端依次連接儲氣罐和氣瓶，氣路下端連接閥門，在氣路上端、下端分別設置第一壓力表和第二壓力表；將不透氣的鐵塊放置于壓力室中，標定系統；測量待測巖樣的物性；將該巖樣放置于壓力室中施加圍壓；打開氣瓶持續施加滲壓，待氣流穩定后，關閉閥門，分別記錄第一壓力表和第二壓力表的數值隨時間變化的曲線，當曲線發生線性變化后停止記錄，打開閥門；通過壓力室逐級加載偏壓，每一級偏壓施加后，重復上步的方法，分別記錄各級偏壓下第一壓力表和第二壓力表的讀數隨時間變化的曲線；選取相應的線性段進行曲線擬合，計算所測巖樣的滲透率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種滲透率的測試方法，特別涉及一種低滲透巖石在全應力應變下的滲透率的測試方法，屬于巖石工程、低滲透氣藏及礦物開采領域。
技術介紹
近年來，石油戰略儲備工程在我國興起，其一方面可以應對短期石油供應沖擊，另一方面可以服務國家能源安全，保障原油的不斷供給。我國的頁巖氣儲量超過常規天然氣，開發這些非常規能源對于促進經濟發展，保護環境具有重要的意義。油氣儲存于地下水封洞庫中，頁巖氣的開采也涉及到低滲透巖石，而低滲透率巖石的滲透率是油氣的存儲以及頁巖氣的開采等巖石工程的勘探、開發及穩定性評價的重要參數之一。在實際洞庫開挖、油氣開采過程中，巖石處于復雜的應力狀態。因此需要對符合工程實際的偏應力環境下的滲透率進行測量。現有的低滲透巖石滲透率測量方法以穩態法及脈沖法為主，其主要存在以下問題：低滲透巖石在偏應力作用下大多變形、脆性破壞，偏應力在達到峰值后瞬間跌落，現有的設備很難對巖石破壞過程中及破壞后的滲透率進行測量；而且大多設備采用人工記錄，測量精度不高。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術的目的是提供一種全應力應變下低滲透巖石滲透率的測試方法。技術方案：本專利技術涉及一種全應力應變下低滲透巖石滲透率的測試方法，包括如下步驟：(1)在壓力室的氣路上端依次連接儲氣罐和氣瓶，氣路下端連接用于連通或者阻斷大氣壓的閥門，然后在儲氣罐與壓力室之間設置第一壓力表，在閥門與壓力室之間設置第二壓力表，將第一壓力表和第二壓力表與計算機連接；(2)打開閥門，將不透氣的鐵塊放置于壓力室中，進行系統標定；(3)對待測巖樣進行物性測量；(4)將該巖樣放置于壓力室中施加圍壓至試驗設定值并保持恒定；(5)打開氣瓶持續施加滲壓，待氣流量穩定后，關閉閥門，關閉氣瓶，分別記錄第一壓力表和第二壓力表的數值隨時間變化的曲線，當曲線發生線性變化后停止記錄，打開閥門；(6)保持滲壓，向巖樣逐級加載偏壓直至巖樣破壞，記錄該過程中巖樣的軸向應變和環向應變的變化曲線，施加每一級偏壓后，待氣流量穩定，關閉閥門，記錄該偏壓下第一壓力表和第二壓力表的數值隨時間變化的曲線，當曲線發生線性變化后停止記錄，打開閥門；(7)在采集的第一壓力表和第二壓力表的數值變化曲線中選取對應的線性段，進行擬合，計算所測巖樣的滲透率。通過逐級加載偏壓直至巖樣破壞，保持滲壓，在試驗過程中實時記錄壓力室氣路上端和下端的壓力隨時間的變化曲線，對所得曲線選取相應的線性段擬合，能夠準確獲知低滲透巖石整個應力應變過程中的滲透率變化，包括破壞過程中及破壞后的滲透率。其中，步驟(6)中，當待測巖樣在偏壓作用下，環向應變開始明顯偏離線性增加時，降低偏壓加載等級，同時縮短氣流量穩定時間。加載每級偏壓時，環向變形的程度開始隨時間變化一般呈較穩定的線性增加，當其變化明顯偏離該線性時，說明在該級偏壓下巖樣開始發生屈服，巖樣的滲透率增大的較多，此時通過降低偏壓加載等級、縮短氣流量穩定時間可以減緩流變的發生，更為全面地記錄應變過程中的滲透率變化。待測巖樣持續發生環向變形，當待測巖樣在偏壓作用下臨近破壞直至破壞的過程中，持續加載偏壓，迅速的打開、關閉閥門，第一壓力表和第二壓力表不間斷地記錄。此時，巖樣急劇變形，滲透率急劇增大，通過不提供穩定時間避免流變發生，在持續加載偏壓的條件下多次迅速開閉閥門，不間斷地記錄多次開、關過程中的變化曲線，在最終數據處理時，選取線性段分段擬合，即可得到峰值應力及破壞后的滲透率。具體的，上述過程中，當軸向應變發生突變時，迅速打開閥門并迅速關閉。當軸向應變曲線由穩定的線性增加突變為非線性時，說明巖樣瞬時變形較大，此時迅速打開閥門并迅速關閉，記錄下此段時間內第一壓力表和第二壓力表的壓力變化。上述步驟(6)中，施加偏壓的過程中，通過打開、關閉氣瓶保持氣路上端的滲壓。加載滲壓完成后，氣路上端保持穩定的滲壓，加載偏壓的過程中，通過觀察氣流量穩定后第一壓力表的讀數，獲知滲壓的變化，當滲壓減小時，打開氣瓶，直至滲壓恢復后，關閉氣瓶。其中，步驟(7)中，計算低滲透巖石的滲透率的公式為：K=2QμghAP0(Pu2-P02);]]>其中，Q=VdΔPΔt(P0+ΔP/2);]]>式中：K為所測巖樣的滲透率，μg為氣瓶中氣體的粘度，h和A分別為所測巖樣的高度和橫截面積，P0為大氣壓，Δt為選取的線性段對應的時間段的時間差，Q為該時間段的穩定氣流量，Pu為第一壓力表在該時間段的讀數，ΔP為第二壓力表在該時間段的壓力差，Vd為系統標定時測得的巖樣氣路下端的總體積。測試過程中，計算機會自動記錄下兩個壓力表的讀數隨時間的變化。由于測試過程中保持滲壓，即第一壓力表的值變化較小，而第二壓力表的有效值成線性變化，選擇一個線性段進行擬合，該線性段的起止時間確定，對應的Pu、ΔP就是定值，選取的時間段不一樣的話，Pu、ΔP的值也會隨之變化，從而確定該線性段對應的應力應變下巖樣的滲透率。有益效果：與現有技術相比，本專利技術的顯著優點在于：(1)本專利技術開創了低滲透巖石滲透率測試的新方法，測試過程中逐級施加偏壓，記錄各級偏壓下，氣路上端和氣路下端的壓力隨時間變化曲線，然后采用曲線擬合的方式確定滲透率，能夠測得低滲透巖石全應力應變過程中的滲透率變化，同時，通過逐級記錄，并通過打開、關閉氣路下端的閥門控制數據記錄的起止時間，能夠得到更為有效的試驗數據，并可以盡量記錄較多的數據點，選取合適的時間段進行擬合，提高整個過程的測量精度；(2)本專利技術在巖樣屈服后以及巖樣臨近破壞至破壞后，通過控制偏壓加載以及氣流穩定時間，得到臨近峰值應力及破壞后的滲透率，避免偏應力達到峰值后瞬間跌落，無法測算臨界時的滲透率的情況；(3)本專利技術將壓力表與計算機連接，通過計算機實時記錄曲線變化過程，測量精度顯著提高。附圖說明圖1為本專利技術中測試全應力應變下低滲透巖石滲透率的裝置的示意圖；圖2為圖1中壓力室的結構示意圖；圖3為本專利技術測得的巖石在全應力應變過程中的軸向應變、環向應變、體積應變和滲透率變化曲線；圖4為本專利技術步驟(7)中選取相應線性段進行擬合后的曲線圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的技術方案作進一步說明。本專利技術涉及一種全應力應變下低滲透巖石滲透率的測試方法，包括如下步驟：(1)如圖1，在壓力室1的氣路上端通過導管依次連接儲氣罐2和氣瓶3，氣路下端通過導管連接用于連通或者阻斷空氣的閥門4，然后在氣路上端的儲氣罐2與壓力室本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種全應力應變下低滲透巖石滲透率的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)在壓力室的氣路上端依次連接儲氣罐和氣瓶，氣路下端連接用于連通或者阻斷大氣壓的閥門，然后在儲氣罐與壓力室之間設置第一壓力表，在閥門與壓力室之間設置第二壓力表，將第一壓力表和第二壓力表與計算機連接；(2)打開閥門，將不透氣的鐵塊放置于壓力室中，進行系統標定；(3)對待測巖樣進行物性測量；(4)將該巖樣放置于壓力室中施加圍壓至試驗設定值并保持恒定；(5)打開氣瓶持續施加滲壓，待氣流量穩定后，關閉閥門，關閉氣瓶，分別記錄第一壓力表和第二壓力表的數值隨時間變化的曲線，當曲線發生線性變化后停止記錄，打開閥門；(6)保持滲壓，向巖樣逐級加載偏壓直至巖樣破壞，記錄該過程中巖樣的軸向應變和環向應變的變化曲線，施加每一級偏壓后，待氣流量穩定，關閉閥門，記錄該偏壓下第一壓力表和第二壓力表的數值隨時間變化的曲線，當曲線發生線性變化后停止記錄，打開閥門；(7)在采集的第一壓力表和第二壓力表的數值變化曲線中選取對應的線性段，進行擬合，計算所測巖樣的滲透率。

【技術特征摘要】
1.一種全應力應變下低滲透巖石滲透率的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)在壓力室的氣路上端依次連接儲氣罐和氣瓶，氣路下端連接用于連通或者阻
斷大氣壓的閥門，然后在儲氣罐與壓力室之間設置第一壓力表，在閥門與壓力室之間設
置第二壓力表，將第一壓力表和第二壓力表與計算機連接；
(2)打開閥門，將不透氣的鐵塊放置于壓力室中，進行系統標定；
(3)對待測巖樣進行物性測量；
(4)將該巖樣放置于壓力室中施加圍壓至試驗設定值并保持恒定；
(5)打開氣瓶持續施加滲壓，待氣流量穩定后，關閉閥門，關閉氣瓶，分別記錄
第一壓力表和第二壓力表的數值隨時間變化的曲線，當曲線發生線性變化后停止記錄，
打開閥門；
(6)保持滲壓，向巖樣逐級加載偏壓直至巖樣破壞，記錄該過程中巖樣的軸向應
變和環向應變的變化曲線，施加每一級偏壓后，待氣流量穩定，關閉閥門，記錄該偏壓
下第一壓力表和第二壓力表的數值隨時間變化的曲線，當曲線發生線性變化后停止記
錄，打開閥門；
(7)在采集的第一壓力表和第二壓力表的數值變化曲線中選取對應的線性段，進
行擬合，計算所測巖樣的滲透率。
2.根據權利要求1所述的全應力應變下低滲透巖石滲透率的測試方法，其特征在
于，步驟(6)中，當待測巖樣在偏壓作用下，環向應變開始明顯偏離線性增加時，降

【專利技術屬性】
技術研發人員：賈朝軍，徐衛亞，俞雋，閆龍，王如賓，孫夢成，冉少鵬，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32