[发明专利]一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置及方法，包括提供不同压力的三轴压力釜、放置不同方位立方体岩心的橡胶套、测量岩心不同方位应变的应变片、提供不同温度的电磁加热圈以及方便气体运输的气体通道和气槽。本发明所述测量装置结构合理、操作简单，可以测量不同三轴应力和温度条件下各向异性岩石的渗透率和弹性模量，以及同一块各向异性岩石三个方向上的渗透率和弹性模量，可以更好的反应岩石的各向异性，提高了各向异性岩石渗透率和弹性模量数据测量的合理性和准确性。

技术领域

本发明涉及一种岩石力学实验装置及方法，特别涉及一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置及方法。

背景技术

随着非常规油气资源的开发利用，页岩气和煤层气的开采备受关注。然而，由于受到沉积环境的影响，页岩和煤岩具有明显的沉积层理，与均质岩石相比，其渗透率和弹性模量表现出明显的各向异性，使得页岩和煤岩储层的压裂施工及效果评价更加复杂。因此，准确的测量各向异性岩石的渗透率和弹性模量具有重要的工程意义。

目前，岩石渗透率和弹性模量的测量主要针对均质岩石，不能较好的体现岩石的各向异性，如申请号为201310745508.X的发明专利和申请号为201110368838.2的发明专利，只能得到岩石的渗透率，而不能得到三轴压缩过程中岩石渗透率和应力-应变的同步数据；申请号为201310733764.7的发明专利，只能得到非饱和土的渗透率和应力-应变数据，不能得到各向异性岩石不同方向的渗透率和弹性模量数据。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置及方法，在不同压力和温度条件下，对各向异性岩石进行三轴压缩实验，获得三轴压缩过程中岩心试样的渗透率和应力-应变的同步数据；通过橡胶套结构，实现三个方向上立方体岩心的放置，得到同一块各向异性岩石不同方向的渗透率和弹性模量数据。

本发明提到的一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置，包括三轴应力釜（1）、底座（16）、活塞杆（9）、橡胶套（14）、应变片（15）、电磁加热圈（3）、渗透率测量仪（18）和气瓶（20），所述活塞杆（9）安装在三轴应力釜（1）上端，可用于给岩心（13）施加压力；所述底座（16）安装在三轴应力釜（1）下端，所述岩心（13）放置在橡胶套（14）内，并一起放置在活塞杆（9）和底座（14）之间，用热塑管（4）密封；所述液体孔（6）安置在三轴压力釜（1）侧壁下部，用于向釜腔（2）内部注入、排放液体，实现对岩心（13）加卸载围压；所述气体孔（12）安装在三轴应力釜（1）侧壁上部，实现釜腔（2）内部的换气；所述电磁加热圈（3）安装在三轴应力釜（1）外壁，用于给釜腔（2）加温；所述进气通道（10）设置在活塞杆（9）内部，通过输气软管（11）与渗透率测量仪（18）连接，并通过气槽Ⅱ（26）实现岩心（13）上端气体的供给；所述排气通道（17）设置在底座（16）内部，与大气连通，并通过气槽Ⅰ（25），实现岩心（13）下端气体的排放；所述气瓶（20），经过减压阀（19）与渗透率测量仪（18）连接，实现气体的供给；所述应变片（15）粘贴在岩心（13）相邻端面的四个不同方位，通过数据线（21）、线槽（24）与计算机（22）连接，实现岩心（13）应变数据的读取。

上述的橡胶管（14）为圆筒形结构，中心设有方形结构的空腔，空腔内可以放置立方体形状的岩心（13），实现各向异性岩心渗透率和弹性模量的测量。

上述的气槽Ⅱ（26）和气槽Ⅰ（25）为正方形结构的环形槽，可以实现岩心（13）三轴压缩过程中，渗透率和应力-应变数据的同步测量。

上述的活塞杆（9）与三轴应力釜（1）之间用密封圈Ⅱ（8）密封。

上述的底座（16）与三轴应力釜（1）之间用密封圈Ⅰ（7）密封。

上述的数据线（21）用密封塞（5）密封。

本发明提到的一种各向异性岩石渗透率和弹性模量的测量装置的使用方法，包括以下步骤：