[发明专利]确定岩石试验中产生滑脱效应的隐节理密度阈值的方法

说明书

本发明公开一种确定岩石试验中产生滑脱效应的隐节理密度阈值的方法，包括如下步骤：(1)制备不同隐节理密度的试样；(2)从隐节理密度最低的试样开始，测量该试样在相同围压不同渗压下的气体渗透率，并记录压力室的入口气体压力和出口气体压力、取两者的平均值作为平均压力；(3)绘制该试样的气体渗透率随平均压力倒数的变化曲线，通过函数对该曲线进行拟合；(4)若拟合相关系数大于0.90，则选择隐节理密度大于此试样的下一个试样，重复上述步骤；若相关系数小于0.90，则此试样的隐节理密度即为产生滑脱效应的隐节理密度阈值。本方法可将滑脱效应与隐节理密度直接联系起来，更直观、快捷的对不同隐节理密度试样气体渗透率测量结果进行评估。

技术领域

本发明属于地下洞室、采矿、地下核废料储存、水利水电等岩石工程中以节理岩体为研究对象的工程领域，具体是涉及一种确定含隐节理的致密岩石试验中产生滑脱效应的隐节理密度阈值的方法。

背景技术

当液体在多孔介质中流动时，孔道中心液体的流速比孔壁处液体的流速明显高，孔壁处固液接触面的液体速度流动速度几乎为零。而当气体在多孔介质中流动时，除了气体分子之间发生碰撞外，还有气体分子和孔壁之间的碰撞(固气边界的联结力)，当岩石孔隙半径接近气体分子自由程，气体分子和固体壁之间的碰撞频率增加，这样在边壁表面就产生了一个多余的流量，即滑脱流。导致气体测量的渗透率大于其绝对渗透率也大于液测渗透率，这种现象称为滑脱效应，又称林肯伯格效应(Klinkenberg effect)。由于滑脱效应的存在，使得气测渗透率大于试样本身固有渗透率而不能反映试样的真实渗透属性。特别是在孔隙度和渗透率极低的岩石内部，气体平均自由程和岩石内部平均孔隙半径接近时，管壁处的气体分子流动会更快，会产生明显的滑脱效应。

目前，地下水封洞库利用低渗透岩石的致密性来进行石油、石油液化气的储存。此类岩石一般有整体性好、裂隙少、弱透水性等特点，此时的气测渗透率的滑脱效应亦明显，而随着洞室的开挖与加固岩石的围压亦发生变化，导致岩石内部部分微裂隙扩展，当裂隙数量增大到一定程度时，渗透率也在显著增加，气渗中的滑脱效应也会随之减小到忽略不计。因此，研究岩石微裂纹的扩展中，产生滑脱效应的隐节理密度阈值对确定气测渗透率是否考虑滑脱效应具有非常重要的工程意义和科学意义。

发明内容

发明目的：本发明的针对现有技术中由于滑脱效应存在导致的气测渗透率不能反映试样的真实渗透的问题，提供一种确定岩石试验中产生滑脱效应的隐节理密度阈值的方法。

技术方案：本发明的确定岩石试验中产生滑脱效应的隐节理密度阈值的方法，包括如下步骤：

步骤1，制备不同隐节理密度的致密岩石试样；隐节理密度具体为节理法线方向上单位长度内的节理条数；

具体的，致密岩石试样的制备方法可包括下述步骤：

步骤11，依据天然致密岩石的强度及渗透特性，配制水泥砂浆作为制作试样的原料；

步骤12，将配制好的原料注入模具中，注至模具一半的位置，垂直放入用于模拟实际节理的锡片，然后继续注入原料，直至试样完全成形；

步骤13，养护、至原料固化成型，然后脱模、取出试样养护，试样制备完成。

优选的，步骤11中，控制水泥砂浆的配比，使得配制的原料制成不含隐节理的完整样时，完整样的渗透率量级与实际天然岩石的渗透率量级相同。实际天然岩石的渗透率量级为10^-14m²～10^-22m²。

步骤2，从隐节理密度最低的试样开始，测量该试样在相同围压不同渗压下的气体渗透率，并记录每一渗压下压力室的入口气体压力和出口气体压力、取两者的平均值作为平均压力；

具体的，试样在相同围压不同渗压下的气体渗透率测量方法包括下述步骤：