[发明专利]基于变容的材料渗透系数测量系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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——从小于1μD(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发明相当，但具体的系统设计、求解方法和本发明不一样，且成本也非常昂贵。

发明内容

本发明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。

本发明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缩性。

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、设计有针对本发明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，本发明由核心装置(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1.1，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)。

本发明的工作原理是：

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。

本发明可实现双向测量，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，来改变其综合压缩性(即容水量)的大小，关键是根据被测试件(W)，调节第1、2变容容器(1111、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。

本发明的核心装置(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1、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。