[发明专利]三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法

说明书

本发明公开了一种在三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法，属于岩石储体工程研究范畴。该方法利用上游和下游的电机伺服泵对三轴应力状态下的储层岩样施加孔隙压力，通过设定泵内流体压力并获取泵内流体体积数据可以获得该孔隙压力条件下的岩石孔隙体积的测试，同时通过注入泵和收集泵调节渗透压差后测试该压差下通过岩石的流量，从而得到该应力状态下的渗透率。本发明通过设置不同的围压条件、偏压条件以及岩样上端、下端的流体压力值，可同时测试储层岩石在不同应力及孔隙压力条件下的孔隙率和渗透率，为深部多孔岩石储层内流体类物质的开采和注入过程控制提供技术参数。

技术领域

本发明涉及一种在三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法，该测试方法主要针对储层多孔岩石，属于岩石储体工程研究范畴。主要用于研究多孔岩石储体在不同水压力和地层应力环境下储存空间与渗透性能的协同演化规律。适用于深部多孔岩层储体的流体类物质开采和注入过程中多场耦合科学问题的试验研究。

背景技术

渗透系数和孔隙率是多孔岩石储体工程中重要的评价指标。二氧化碳地质封存、煤层气和地热开采、核废物地质处置、海水回灌等都属于储体工程。在岩层储体注入和抽取的过程中，孔隙水压力的升降引起岩层变形导致孔隙率发生改变。孔隙的变形体现在孔隙大小改变和孔隙的联通情况改变，即孔隙的变形不但会影响岩石储体的储存空间还会影响地下水的流动通道和岩层的渗流特性。对于多孔岩石而言，其孔隙结构具有一定的变形范围，影响其孔隙力学变形的因素包括岩石外部应力条件以及孔隙压力条件。不同的应力条件下获得的孔隙率和渗透率具有较大差异。因此，在研究储层岩体孔隙率和渗透率时需要结合其应力条件。岩石变形过程中渗透率与孔隙率数据对于研究多孔岩石储体工程中应力场、渗流场等多场耦合机制以及现场工程技术参数确定都非常重要。因此如何同时测试储体注入与抽取过程中地层孔隙压力变化条件下的孔隙率与渗透率成为迫切需要解决的问题。

目前，针对应力条件下同时测定岩石孔隙率与渗透率的试验方法例如，中国专利公开号：CN 103207138 A公开日期：2013.07.17发明名称为“一种动态围压下联合测定致密岩石渗透率和孔隙度的方法”，该方法针对致密岩石而言，采用的是气体压差瞬态法，该方法不适用于孔隙率较大、渗透率较高的岩石，而且测试过程中未考虑偏压力对渗透率和孔隙率的影响，也未分析管路通道及岩样套管侧壁空隙对测试结果的影响。目前采用稳态法测定渗透率的设备及孔隙率测定设备多为相互独立的且未考虑复杂地应力条件及孔隙压力变化情况。为弥补该不足，建议采用法国TOP industrie生产的型号为PMHP50-500的电机伺服泵。该电机伺服泵不但能够通过设定流量值和压力值对岩石试样施加孔隙压力还能够通过泵内活塞位置采集模块记录该泵内流体体积，刻度精确到10^-3mm³。通过泵内流体压力的设定和泵内流体体积的监测可以获得不同孔隙压力条件下的岩石孔隙体积的测试，同时通过注入泵和收集泵调节渗透压差后测试该压差下通过岩石的流量，从而得到该应力状态下的渗透率。

在测试过程中，注入泵输出的流体不但会充填到岩石试样孔隙内还会充填到设备渗流回路，包括设备渗流管道、岩石试样与密封管和渗透垫片之间缝隙，这部分充填于设备系统内的流体体积称为耗损流体体积。上游电机伺服泵注入的流体体积V_in包括下游电机伺服泵收集的流体体积V_out、孔隙流体体积V_p和耗损流体体积V_u。测试孔隙率时，需要对这部分耗损流体体积V_u引起的误差进行消除。由于设备系统管道等属于刚性结构，且不计流体的压缩，这部分耗损体积是定值，可以通过试验手段获得。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种在三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：