[发明专利]基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置及方法

权利要求书

1.基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置，其特征在于，包括计算机伺服控制系统(1)、核磁共振系统、岩心夹持器(4)、围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统，其中，所述计算机伺服控制系统(1)与核磁共振系统、围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统分别相连，所述核磁共振系统由梯度磁场(3)和射频系统(2)组成，所述岩心夹持器(4)分别与围压控制系统、轴压控制系统、渗压控制系统和应变测量系统相连；

基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置的测试方法，包括：

(1)将采集并打磨好的岩石试样用蒸馏水冲洗后，首先利用真空饱和仪进行自由浸水法饱和试样，之后将饱和好的岩样与上下两个渗头套上热缩管，并用热风枪高温加热热缩管；

(2)将装好的岩心试样固定在岩心夹持器中，并将岩心夹持器安置在磁体腔中；

(3)打开伺服控制计算机，开启核磁共振成像仪，调试核磁共振渗流分析系统，确定测试所用参数；

(4)手动安装围压室的排气阀，然后打开围压供油阀，开启压力泵，将油箱中的液压油充入到围压室中；

(5)计算机采用固定轴向位移方式，开始逐步缓慢地加载围压到目标值，加载方式改为轴向荷载控制，打开轴压供油阀，缓慢加载轴压到固定值；

(6)加载渗透压，改变化学溶液配料池(16)中的溶液，来加载不同的化学场，同时打开驱替泵，选择相应的驱替缸，加载渗透压到目标值；

(7)利用压力转换法，通过水位传感器测量岩心试样的应变量：

(8)测量岩心夹持器渗流出口渗流量，基于达西定律计算岩心渗透率：

其中：Q(t)为渗透流量，cm³/s；μ为渗透介质黏度，Pa·s；L为渗透长度，cm；A为渗透断面面积，cm²；△P为渗透压力差，Pa；

(9)记录实验过程中岩心梯度成像图片以及弛豫时间T2图谱，并将T2图谱换算成孔径分布频率图，根据公式(4)计算实时岩心试样的孔隙率：

其中：ri为第i个孔径分布的平均孔隙半径，μm；αi为第i个孔径分布的平均孔隙半径的分布频率，无量纲；Fi为孔隙形状因子，取0.2168；Vb为岩心试验的总体积，m³；ε_V为体积应变，无量纲；△ki为孔隙半径r_i对渗透率的贡献率；为岩心试验的孔隙率，为初始孔隙率；A，n为拟合系数；

实验结束后，打开上下游渗压阀门降低渗压，然后打开排气阀进行充气卸围压轴压；

(10)不同岩石的孔-渗模型的建立：基于达西定律计算得到渗透率随着时间的变化关系，通过测量蠕变、孔径变化得到孔隙率随时间变化关系，对孔隙率与渗透率进行拟合得到不同岩石的孔-渗模型；

基于核磁共振技术和岩心三轴渗透装置，实现高应力高水压复杂化学环境下岩石渗透侵蚀过程中的孔隙率、渗透率在线测量；采用宏观与细观结合的方法计算孔-渗结构模型，其原理如下：基于达西定律，利用高精度流量计测量岩心试样的渗透流量计算岩心渗透率，描述了达西尺度下的渗流过程；利用核磁共振系统获取不同时刻岩心孔隙半径分布频率，通过应变测量系统获得岩心试样的应变量，结合核磁共振系统和应变测量系统获取的核磁信号和蠕变信号，计算岩心孔隙率变化规律，弥补达西尺度模型的缺陷；耦合宏观与细观过程，建立达西-孔隙双尺度孔-渗模型，实现无损、实时在线监测高应力高水压复杂化学环境下岩石蠕变和孔隙率-渗透率演变规律。

2.根据权利要求1所述的基于核磁共振的耦合作用下岩石孔渗模型测试装置，其特征在于，所述梯度磁场(3)的磁极放置于岩心外部，产生成像功能的梯度磁场B0，激发样品信号；所述射频系统(2)实施射频激励并接收核磁信号，所述射频系统(2)将接收的信号反馈传输到计算机伺服控制系统(1)，所述计算机伺服控制系统(1)进行处理后获取岩心中孔隙-骨架分布特征。