[发明专利]各向异性岩石损伤程度测试装置及其测试方法

权利要求书

1.一种各向异性岩石损伤程度测试装置，用于测试岩样(1)的环向气体渗透系数和轴向气体渗透系数，该装置包括对岩样轴向和环向加压的轴向加压装置(3)和环向加压装置(2)，岩样中间具有中间钻孔(101)，其特征在于：该装置还具有加压盘、密闭套筒(13)、加压泵(4)、进、出气管(5、6)、储水容器(8)、压力表(9)和量管(7)，所述岩样(1)上套有与岩样同轴的密闭套筒(13)，岩样的上下两端与轴向加压装置之间垫有加压盘，所述加压泵(4)经进气管(5)接于岩样下端，岩样上端依次经出气管(6)和量管(7)接至储水容器(8)内，出气管上接有压力表(9)；

测试环向气体渗透系数时，所述加压盘为密封盘(10)，在岩样上端的密封盘与轴向加压装置之间填充顶部孔隙介质层(11)，密闭套筒与岩样之间填充侧面孔隙介质层(12)，且侧面孔隙介质层顶部(12)与顶部孔隙介质层(11)连成一体；所述进气管(5)的出气口穿过岩样下端的密封盘(10)连通岩样的中间钻孔，所述出气管(6)进气口连通顶部孔隙介质层(11)；

测试轴向气体渗透系数时，所述加压盘为通气压盘(15)，密闭套筒与岩样之间填充硅胶密封层(14)，所述岩样的中间钻孔(101)内充填硅胶；所述进气管(5)的出气口连通岩样下端的通气压盘(15)，所述出气管(6)进气口连通上端的通气压盘(15)；

所述顶部孔隙介质层(11)和侧面孔隙介质层(12)由级配良好的沙粒充填形成。

2.一种应用权利要求1所述装置进行测试的方法，其特征在于步骤如下：

2.1、取芯：在开挖损伤区中取出岩芯，并在其中间钻孔，作为岩样(1)；

2.2、环向气体渗透系数测试：

2.2.1、将岩样(1)装入对应装置；

2.2.2、轴向加压装置(3)和环向加压装置(2)对岩样(1)加压至设定值；

2.2.3、打开加压泵(4)往岩样(1)的中间钻孔(101)内注入氮气；

2.2.4、实时记录压力表(9)和量管(7)读数；

2.3、轴向气体渗透系数测试：

2.3.1、岩样中间钻孔(101)内充填硅胶；

2.3.2、将岩样(1)装入对应装置；

2.3.3、轴向加压装置(3)和环向加压装置(2)对岩样加压至设定值；

2.3.4、打开加压泵(4)往岩样的中间钻孔内注入氮气；

2.3.5、实时记录压力表(9)和量管(7)读数；

2.4、根据所记录数据及渗透系数计算公式计算渗透系数，计算公式如下：

式中，K为渗透系数(m²)，Q为气体流速(m³/s)，μ为气体粘度(Pa·s)，L为试验用岩样长度(m)，A是岩样的截面面积(m²)，P₀为大气压力(Pa)，P为注入气体压力(Pa)；

2.5、建立时间-渗透系数、环向压力-环向渗透系数、轴向压力-轴向渗透系数表达关系式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：注入的氮气压力为0.2MPa，加载环向压力为2～30MPa，轴向压力压小于单轴抗压强度的60％，一次测试时间为3～4天。

4.根据权利要求2或3所述的的方法，其特征在于：取芯钻孔方向与结构面垂直。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述岩样(1)尺寸为200×100mm，钻孔尺寸为100×50mm。