[发明专利]气热力耦合作用下低渗岩石气体渗透测试装置和测试方法

说明书

技术领域

 本发明属深部油气开采岩石力学测试领域，具体地，涉及一种气热力耦合作用下低渗岩石气体渗透测试装置和测试方法，适用于深部高温和高压作用下油气田开发及气热力耦合作用下核废料地下储存工程中低渗透岩石材料气体渗透系数的研究和测定。

背景技术

温度、应力及气体渗透是影响油气低渗储层地质环境的主要因素，三者相互联系、相互影响、相互制约，形成岩石气热力多场耦合问题。作为西部石油和核废料储存工程常见复杂介质，低渗致密岩石在深部高温、高气压和高地应力耦合作用下，力学特性会产生显著变化，对工程建设及运行期安全起控制性作用。鉴于岩石渗透演化规律可从微细观力学角度反映岩石孔隙结构压缩、闭合、扩展贯通和坍塌破坏全过程，故开展低渗岩石复杂环境耦合条件下气体渗透测试研究对于油气开采工程具有重要的意义。

作为多孔介质，渗透性是指在流体作用下，岩石的孔隙和裂隙渗透的能力，是岩石的重要力学特性。但现有岩石渗透率和变形关系研究主要集中在水为渗透介质上，气体渗透演化规律并不多见，针对油气开采低渗岩石气体渗透特性测试更是鲜有介绍，仅存的部分气体渗透性测试结果如下：

潘伟义和伦增珉等在专利《一种高压下岩石气测渗透率的装置及方法》（申请号 201010520289.1）中提供了一种高压下岩石气测渗透率的装置及方法；但此装置仅考虑了围压的作用，无法模拟实际地层三向应力不等的状态和研究不同轴向应力对岩石气体渗透性的影响。岩石渗透性与荷载紧密相关，专利申请人和徐卫亚等在文《渗流-应力耦合作用下碎屑岩流变特性和渗透演化机制试验研究》（岩石力学与工程学报, 33(8): 1613-1625, 2014.）中认为加载将导致岩石渗透率发生2-5个数量级的变化，且具有强烈的方向性；此外，该装置为基于达西定律计算岩石气体渗透系数；但由于深部岩石致密度较高，渗透率较低、油汽水赖以流动的通道微细、渗流阻力较大，导致液固界面相互作用力显著，渗透存在明显的启动压力，导致经典的达西线性渗流关系并不适用，故此装置针对深部低渗岩石气体渗透性测试并不适用；

陈益峰和胡少华等在专利《低渗岩石瞬态气压脉冲渗透率测量装置及测量方法》（申请号201310207056.X）中提出了低渗岩石瞬态气压脉冲渗透率测量装置及测量方法，此装置采用压力脉冲法对低渗岩石的气体渗透性予以了测试，但未考虑实际地层三向应力不等的状态和温度对岩石气体渗透特性的影响，故此装置对深部高温、高渗透和高地应力状态下岩石气体渗透性测试亦不适用；

徐卫亚和王伟等在专利《一种岩石气体渗透测定装置和测定方法》（申请号201210590766.0）中提出了一种通过记录不同时刻岩石试样材料两端的轴向气压差推求岩石气体渗透性的测定装置与方法，此装置的计算方法类似于压力脉冲法，但仍未考虑实际地层三向应力不等的状态和温度对岩石气体渗透特性的影响；油气藏工程中，地层温度随埋藏深度增加而增加，温度升高，岩石骨架颗粒热膨胀，力学性能劣化，结合气体渗透的作用，结构将产生明显损伤，极易发生膨胀甚至崩解，造成致密岩石储层孔隙结构坍塌和强度大幅度降低，故温度的影响是开展岩石气体渗透性研究须要考虑的重要因素。

在参阅国内相关资料的基础上，认为原有岩石气体渗透测试技术均具有一定得局限性，存在无法考虑不同应力路径、温度不能控制、测试装置密封性不好、数据处理完全手工化等缺陷；本发明人将多场耦合岩石测试技术和气体渗透性测定技术及数据处理可视化技术相结合，发明一种气热力耦合作用下低渗岩石气体渗透测试装置和测试方法，装置具有较高的准确性，可精确设置应力、温度和气渗压力等环境参数，实现了数据传输和自动化处理，数据和曲线同时输出，提高了数据采集处理效率，并保证了准确性，此项技术在国内外尚属首次，具有良好的实用性和前瞻性。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种气热力耦合作用下低渗岩石气体渗透测试装置和测试方法，以测量深部致密岩石材料在不同温度、不同应力和不同气体渗透压力单独或共同作用下渗透系数随应力、应变及温度的演化过程，并利用计算机程序予以可视化显示，弥补了现存装置未考虑多场耦合因素引起的数据结果的误差，提高测量准确性，且操作简单，结果可靠，亦可直观显示。

为实现上述目的，本发明采用的解决方案如下：