[发明专利]一种多孔材料的联合测试方法

说明书

本发明属于多孔材料表征技术领域，具体涉及一种岩石等多孔低渗材料的绝对渗透率、滑移因子和有效孔隙率的联合测试方法。本发明包括如下步骤：步骤1、搭建试验系统；步骤2、实现非稳态渗流过程；步骤3、实现稳态渗流过程；步骤4、构建非稳态气体渗流控制方程；步骤5、利用全隐式有限体积格式求解非稳态气体渗流控制方程；步骤6、基于稳定渗流结果计算绝对渗透率k_∞与滑移因子b的对应关系；步骤7、基于最小二乘原理计算滑移因子、绝对渗透率和有效孔隙率。本发明能够解决目前绝对渗透率、滑移因子和有效孔隙率测试效率低下、理论基础不协调的问题。

技术领域

本发明属于多孔材料表征技术领域，具体涉及一种岩石等多孔低渗材料的绝对渗透率、滑移因子和有效孔隙率的联合测试方法。

背景技术

在页岩气开采、地下储气库开发以及放射性废物处置库研发等能源工程领域，硐室围岩以及混凝土等工程材料的气相绝对渗透率、滑移因子和有效孔隙率是进行开采效率预测、密封性评估和安全性评价必需的核心参数。绝对渗透率和滑移因子反映多孔材料中气体渗流通过的能力，绝对渗透率仅与孔隙结构相关，滑移因子则受到气体类型和孔隙结构的控制。有效孔隙率是指多孔材料中作为气体渗流通道的孔隙所占材料总体积的比例。然而，上述天然以及人工材料通常为低渗材料，其渗透率和孔隙率极小，测试较为困难。建立高效可靠的绝对渗透率、滑移因子和有效孔隙率测量方法，是提高天然和人工多孔材料性能评价可靠性的要求，对上述能源工程具有重要意义。

目前，尚未出现低渗材料的绝对渗透率、滑移因子和有效孔隙率的联合测试方法，需要不同的物理试验过程分别测量。渗透率的测试方法通常有稳态法和脉冲法两类，绝对渗透率和滑移因子则需要对不同压力条件下渗透率测试结果进行拟合计算获得。由于需要进行多次测试，整个试验的效率较低。

有效孔隙率的测定主要有流体置换法和直接扫描法两类。流体置换法在测定有效孔隙率时，无法对连通孔隙和开口不连通孔隙进行区分。由于包含了不参与渗流的开口不连通孔隙，上述方法测试获得的“有效孔隙率”比真正参与渗流的有效孔隙率要大。而CT等扫描法主要是对材料进行二维截面采样，继而进行三维建模，获得虚拟的三维孔隙结构，计算获得的有效孔隙率的精准度较低，同时，代价巨大，测试效率较低。总之，目前常规方法测试获得的有效孔隙率并不能准确反映控制多孔材料渗透特性的孔隙率。

因此，在多孔材料性能评价同时使用上述来自于不同物理过程的参数，理论基础并不协调，进而可能影响上述能源工程安全评价的可靠性。

发明内容

本发明解决的技术问题：本发明提供一种多孔材料绝对渗透率、滑移因子和有效孔隙率的联合测试方法，解决目前绝对渗透率、滑移因子和有效孔隙率测试效率低下、理论基础不协调的问题。

本发明采用的技术方案：

一种多孔材料的联合测试方法，包括如下步骤：

步骤1、搭建试验系统；

本试验系统包括气压加载装置、围压加载装置和试验腔体；圆柱形试样放置于圆形试验腔体中部，上下端分别与出气孔和进气孔相连，出气孔直接通向大气，进气孔连接气压加载装置，并在连接管路上安装阀门；围压加载装置连接到试验腔体，给试样施加相当于最大进气压2～5倍的围压；

步骤2、实现非稳态渗流过程；

步骤3、实现稳态渗流过程；

步骤4、构建非稳态气体渗流控制方程；

步骤5、利用全隐式有限体积格式求解非稳态气体渗流控制方程；

步骤6、基于稳态渗流结果计算绝对渗透率k_∞与滑移因子b的对应关系；

步骤7、基于最小二乘原理计算滑移因子、绝对渗透率和有效孔隙率；