[发明专利]特低渗岩石径向渗透率测试试验的试样组件及其试验方法

说明书

本发明提供的一种用于特低渗岩石径向渗透率测试的试样组件，包括圆柱形岩石试样、主体结构为圆柱形的上转换接头和下转换接头，所述岩石试样中心加工有为渗透介质提供径向渗透通道的圆柱孔，所述上转换接头底面中心处设计有与岩石试样圆柱孔嵌入配合的圆柱形凸台；所述下转换接头的顶面中心处设计有与岩石试样圆柱孔嵌入配合的圆柱形凸环，底面中心处设计有与下压头相配合安装孔，中心加工有从安装孔贯通顶面圆柱形凸环的渗透介质流通孔。本发明还提供了基于上述试样组件的特低渗岩石径向渗透率测试试验方法。本发明可简单有效的获得特低渗岩石的室内渗透率，尤其是径向渗透率。

技术领域

本发明属于岩石力学性能测试领域，特别涉及岩石渗透率测试试验方法。

背景技术

渗透率是描述流体在岩石等多孔介质材料内流动能力的重要表征参数，其在能源开采与储存、废弃物处置、水利工程、环境工程等众多领域有着广泛的应用。目前室内渗透率测试方法(如：稳态法、瞬态法、孔隙压力振荡法等)一般采用圆柱形实心试样，渗透介质从试样一个端面渗透至另一端面，利用式(1)的计算得到岩石的轴向渗透率。

式中L为圆柱形试样的高度(m)，A为试样横截面面积(m²)。

近些年来，随着经济的发展，非常规油气资源开采、CO₂地质封存、盐岩能源储备等工程活动愈加频繁。然而这类工程活动均面临着一个共同问题，即岩石的渗透率极低。由于这类特低渗岩石允许流体通过自身的能力很弱，采用常规的实验方法测试渗透率时将会面临实验测量过程时间跨度较大、耗时长等问题，且由于系统流量很小，对传感器的要求很高，往往难以实现精确测量和控制。因此，采用常规的方法测试特低渗岩石的渗透特性时往往会给实验带来较大的误差和困难，甚至无法测得岩石渗透特性。如果通过缩短试样高度、增加试样横截面面积等手段来提高渗透测试效率，此时试样将会变成板状结构，从而难以与应力水平耦合，且实践表明这类方法对提高岩芯渗透测试效率并不显著。另一方面，工程实践活动中许多的渗透问题均是三维扩散流动过程，仅仅考察岩芯轴向方向的渗透率难以对其渗透特征进行描述。因此，如何更加高效的获得特低渗岩岩芯的渗透特性，尤其是径向渗透特征，对于全面研究特低渗岩石的渗流规律具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个发明目的是提供一种用于特低渗岩石径向渗透率测试的试样组件，以用于特低渗岩石的室内渗透率测试，尤其是径向渗透率测试；本发明第二个目的是提供基于上述用于特低渗岩石径向渗透率测试的试样组件的试验方法，以获得特低渗岩石径向渗透特征。

针对本发明的第一个发明目的，本发明提供的一种用于特低渗岩石径向渗透率测试的试样组件，包括圆柱形岩石试样、主体结构为圆柱形的上转换接头和下转换接头，所述岩石试样中心加工有为渗透介质提供径向渗透通道的圆柱孔，所述上转换接头底面中心处设计有与岩石试样圆柱孔嵌入配合的圆柱形凸台；所述下转换接头的顶面中心处设计有与岩石试样圆柱孔嵌入配合的圆柱形凸环，底面中心处设计有与下压头相配合安装孔，中心加工有从安装孔贯通顶面圆柱形凸环的渗透介质流通孔。

上述用于特低渗岩石径向渗透率测试的试样组件，上转换接头与下转换接头的直径与岩石试样的直径相等。

上述用于特低渗岩石径向渗透率测试的试样组件，所述岩石试样的外径不小于50mm，优选为50～100mm，内径优选为5～10mm。岩石试样的高度优选为其外径的2～2.5倍。

上述用于特低渗岩石径向渗透率测试的试样组件，所述上转换接头的主体圆柱的高度不小于10mm，优选为10～20mm，底面上的凸台高度不小于5mm，优选为5～10mm，直径小于岩石试样中心处的圆柱孔。