[发明专利]高密度电性参数监测的多尺度岩芯渗透率测定技术

说明书

本发明名称为“高密度电性参数监测的多尺度岩芯渗透率测定技术”，属于水文地质、地质工程、石油地质、水文水资源、土壤学、矿产资源等领域中的渗透率测定技术领域，它解决了在同一个低渗透的岩芯上同时获得综合渗透率、不同尺度和方向上的渗透率以及非均质渗透率场的问题，所用的技术方案为在水力实验中通过高密度布置在岩芯上的电极动态扫描监测岩芯电性参数的变化，获得流体的到达时间，通过模拟流体到达时间与实测到达时间的拟合，获得岩芯渗透率，并通过实测流体到达时间场获得岩芯的非均质渗透率场。本发明在各种多孔介质的渗透率测定以及渗透率的非均质性、各向异性和尺度效应的研究与应用中具有广泛的用途。

技术领域

岩芯渗透率是描述岩石让液体透过能力大小的重要参数，它通过对岩芯的测定而获得，是水文地质、地质工程、石油地质、水文水资源、土壤学、矿产资源等领域的重要基础性参数，是后续模拟计算的重要输入变量。在室内和原位有效测定岩芯渗透率不仅一直是科学研究的一项重要内容，同时也是各种工程应用的迫切需要。本发明提出了一种基于高密度的电性参数监测获得不同尺度和方向上的岩芯渗透率参数的技术，在相关领域的科学研究和工程实践中都具有广泛的应用意义。

背景技术

岩芯渗透率一般在毫达西量级，对其测定目前主要有定水位法和变水位法以及定流量法和压力脉冲法。前者通过在试件的两端施加一定的或变化的水压差，通过测量渗透流量来计算试件的渗透率参数。后者则在试件的一端以一定的流量注水或直接施加压力脉冲，通过测量试件两端间压力差随时间的变化来计算试件的渗透率参数。但无论是前者还是后者，都以测定试件两端的压力（或压力差）为主，再通过一维的流体动力学方程的求解及其和实验结果的拟合来获得参数。因此，所得参数是一个关于该试件整体的综合渗透率值，是一个单一方向上的参数。它不能或难以获得同一个试件在不同方向和不同测定尺度上的渗透率参数，更难以获得该试件渗透率场或空间分布的信息。

然而，大量的研究已经表明，岩石渗透率的空间分布是高度非均质的，并随测定样品尺度的变化而变化，为此在某一固定的样品尺度上获得的渗透率参数很难在其它尺度上应用。同时，岩石渗透率还是高度各向异性的，在某一单一方向上获得的渗透率也难以推广到其它方向上应用。因此，迫切需要一种能够针对低渗透岩芯特点可在多尺度和多个方向上测定岩石渗透率参数的突破性技术，以解决本领域科学研究和工程应用中的瓶颈问题。正是在此技术背景下，本发明提出了基于高密度的电性参数监测条件下的水力学实验获得不同尺度和方向上的岩芯渗透率参数的技术，为研究岩石渗透率的空间分布、尺度变化和各向异性特征提供了重要手段，可在各种生产工程的岩芯渗透率测定中广泛应用。相关技术，国内外均还未见报道。

本发明中所指的岩芯不仅是通过钻孔采芯所获得的岩石样品，而是更广泛意义上的圆柱体形状或多棱柱形状的多孔介质，其直径在厘米级至米级范围，高度也在厘米级至米级范围。因此，除岩石样品之外，还包括土壤、混凝土、木材等凡是能让流体渗透的多孔介质。本发明中所指的流体包括液体和气体，在液体中包括无极溶液和有机液体，如水、盐水、油类等凡是能够渗透到多孔介质中并引起介质电性差异的液体，气体中包括空气、氮气、二氧化碳等凡是能够渗透到多孔介质中的气体。本发明中的流体包括不同温度条件下的流体。本发明中所指的电性参数包括充电率值或极化率值、自然电位值以及不同测定频率下的电阻值、阻抗值和电容值。本发明中所指的渗透（或水力）实验是让流体进入岩芯或从岩芯中释出的实验。

发明内容