一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法及装置。其步骤：Ａ、将被测试件放入夹持器中；Ｂ、关闭上游控制阀和放空阀，打开连通阀、下游控制阀和调压控制阀；Ｃ、待装置处于真空状态稳定后，关闭下游控制阀；Ｄ、进行围压分级加载或卸载实验；Ｅ、打开放空阀，将调压控制器调０，孔隙体积变化量测量结束。调压控制器主要由前固定套管、后固定套管、活动套管、滑头、滑块、丝杆、转头和旋杆组成，后固定套管上设主尺刻度，活动套管上设分尺刻度，用作体积差量读数。本发明专利技术操作简单、读数方便、性能稳定、测量可靠，适用于复杂应力变化条件下，多孔介质材料孔隙体积大范围变化的快速、连续、精确、直观测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩石类多孔介质材料的孔隙性测量技术，更具体的涉及一种多孔介质 孔隙体积变化量的测量方法，同时还涉及一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，适用 于在大范围应力(如围压应力、温度应力)变化条件下，多孔介质孔隙体积在大范围内变化 的连续、快速、精确测量及直接读数。
技术介绍
孔隙性是孔隙和裂隙等多孔介质材料的一种重要性质。近年来，由于油气地下储 存、co2咸水层封存、地下水蓄能工程等的安全性评价，需要研究此类工程储盖层等在循环 荷载作用下变形破坏过程中的孔隙性变化规律，也即多孔介质在循环应力加载条件下孔隙 体积的变化规律。目前多采用气体法及玻马定律测量多孔介质的孔隙度，通过孔隙度差值 来表征孔隙体积的变化量，且传统测试过程中孔隙压力基本限制在IMPa以内。该传统方 法及装置已不适用于低孔隙度、高孔隙压的深埋储盖层孔隙性变化规律的研究，且传统方 法操作复杂、误差大、读数不便，原因是1、此类工程储盖层内为地下水渗流，传统方法采用 气体作为流体介质并不能代表实际情况；2、此类工程储盖层内地下水处于较高孔隙压状态 下，传统方法气体孔隙压较低，不能模拟真实应力条件，误差大；3、此类工程储盖层在循环 荷载作用下变形破坏过程迅速、孔隙性变化范围广，传统方法测试复杂，周期长，测量范围 小，测试结果需要经过繁琐的换算，不能直接读数，无法满足测试时效性，造成测试结果适 用性不大。研究此类工程储盖层在大范围应力(如上覆荷载、温度变化、化学作用等)变化条 件下孔隙性的变化规律，对多孔介质孔隙体积变化量的测量装置也提出了很高的要求1、 能够测量微小变化(小至P L量级)，因为低孔隙性多孔介质弹性变形时，孔隙体积变化很 小；2、量程要足够大，因为变形破坏时，多孔介质材料孔隙体积变化幅度可达5个量级(如 1 U riOmL) ；3、快速测量，直接读数，因为材料变形破坏过程的时间效应明显；4、能够施加 高孔隙压力，再现工程围岩孔隙压力条件(达40MPa)和上覆压力条件(达70MPa)。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供了一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法，采用等压 体积差量法连续、快速、直接、精确测量多孔介质材料孔隙体积变化量，该方法采用水作为 渗流介质更符合实际情况。本专利技术的另一目的是在于提供了一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，该装 置设计的调压控制器可快速、直接读取孔隙体积变化量的值。所设计的调压控制器结构简 单、读数方便、稳定性好、可操作性强、测量效率及精度高，各零部件经久耐用，不易耗损，经 济性强、实用性强，具有广泛的应用前景。为实现本专利技术的目的，采用如下技术方案为了克服传统气体测孔隙度的方法及装置不能快速直接测量低孔隙度、高孔隙压、大范围应力变化条件下多孔介质孔隙体积变化量的缺点和不足，有必要设计一种采用等压体 积差量法连续、快速、直接、精确测量多孔介质材料孔隙体积变化量的方法及装置，用于解 决高孔隙压条件(高达40MPa)、大范围孔隙体积变化条件(0. 00广10mL)下，快速测量和直 接读数的技术问题，为研究大范围循环应力荷载下低渗透储盖层岩石在变形破坏过程中的 大范围孔隙性变化规律提供试验手段和技术支持。—种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法，其步骤为1)将被测试件放入夹持器中，整个测量装置放置于恒温浴中，开启恒温浴并设定恒温 温度并记录温度读数L，即为初始温度，待温度稳定后，通过围压控制阀的端口注油加载围 压应力，记录围压压力计的读数PC(1，即为被测试件的初始围压应力。2)关闭上游控制阀和放空阀，打开连通阀、下游控制阀和调压控制阀，将调压控制 器读数调0，即活动套管53分尺0刻度线与后固定套管52主尺0刻度线重合，通过下游控 制阀的端口连接真空设备并给整个测量装置抽真空。3)待整个测量装置处于真空状态稳定后，关闭下游控制阀，通过上游控制阀的端 口注水加载孔隙压应力，记录上游压力计的读数PiV即为被测试件的初始孔隙压应力，待 整个测量装置压力稳定后，关闭上游控制阀。4)进行围压分级加载或卸载实验 A、进行围压分级加载实验步骤为通过围压控制阀的端口注油分级加载围压，孔隙体积减小，孔隙压应力增大，记录第 一级围压加载稳定后的围压压力计读数PCl，同时记录第一级围压加载稳定后的上游压 力计读数PUl，然后正向转动旋杆，缓慢调节调压控制器的活动套管向右旋转滑动，释放 孔隙水直至孔隙压力从PUl恢复至初始值PuQ，即停止转动，记录此时调压控制器的固定 套管主尺刻度值力和活动套管分尺刻度值V/，则AV^Vi-V/即为第一级围压加载后 被测试件孔隙体积的变化量，同上述操作，第二级围压加载后被测试件孔隙体积的变化 量即为av2=V2-V2’-AN,,以此类推，第i级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量即为 A \=\-\，- A V^ (i=2, 3，…，n)，其中，A \读数为负值表示被测试件孔隙压缩体积减小。B、进行围压分级卸载实验步骤为通过围压控制阀的端口排油分级卸载围压，孔隙体积增大，孔隙压应力减小，记录第 一级围压卸载稳定后的围压压力计读数PCl，同时记录第一级围压卸载稳定后的上游压 力计读数PUl，然后负向转动旋杆，缓慢调节调压控制器的活动套管向左旋转滑动，补充 孔隙水直至孔隙压力从PUl恢复至初始值PuQ，即停止转动，记录此时调压控制器的固定 套管主尺刻度值力和活动套管分尺刻度值V/，则AV^Vi-V/即为第一级围压卸载后 被测试件孔隙体积的变化量，同上述操作，第二级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化 量即为av2=V2-V2’-AN,,以此类推，第j级围压卸载后被测试件孔隙体积的变化量即为 A V^Vj-V/- A V” (j=2, 3，…，n)，其中，A、读数为正值表示被测试件孔隙膨胀体积增大。5)打开放空阀，将调压控制器调0，通过围压控制阀注油或排油将围压恢复至初始 值PC(I，该孔隙体积变化量测量实验结束。一种多孔介质孔隙体积变化量的测量装置，包括夹持器、围压压力计、上游压力 计、下游压力计、调压控制器、连通阀、上游控制阀、下游控制阀、调压控制阀、放空阀、围压 控制阀和恒温浴。被测试件置于夹持器中，围压控制阀连接在夹持器的围压端，夹持器的围压端连 接有围压压力计，上游压力计和下游压力计分别连接在夹持器的上下游处，连通阀连接夹 持器的上下游，用于闭合或断开上下游，上游控制阀和下游控制阀分别连接在夹持器的上 下游两端。调压控制器通过调压控制阀连接在夹持器的上游处，调压控制器还连接放空阀。调压控制器包括前固定套管、后固定套管、活动套管、滑头、滑块、丝杆、转头、旋转 旋杆，其中后固定套管前半部分通过螺纹连接固定在前固定套管后半部分上，活动套管套在后固 定套管上，活动套管在后固定套管后半部分的外表面上自由往复滑动，滑头通过螺纹连接 固定在滑块前端，滑块后端通过螺纹连接固定在丝杆前端，滑头和滑块在前固定套管内，滑 头和滑块在前固定套管内自由往复滑动，丝杆通过螺纹连接在后固定套管内，丝杆在后固 定套管内通过螺纹旋转往复运动，丝杆尾部穿过活动套管后端并通过螺纹连接转头，转头 通过螺栓固定在活动套管后端上，同时固定在丝杆尾部上，旋杆通过螺纹连接固定在转头 的侧面呈十字对称分布，旋转旋杆带动转头、丝杆和活动套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔介质孔隙体积变化量的测量方法，其步骤为：Ａ、将被测试件（１ａ）放入夹持器（１）中，整个测量装置放置于恒温浴（１２）中，开启恒温浴（１２）并设定恒温温度并记录温度读数Ｔ０，即为初始温度，待温度稳定后，通过围压控制阀（１１）的端口注油加载围压应力，记录围压压力计（２）的读数Ｐｃ↓［０］，即为被测试件（１ａ）的初始围压应力；Ｂ、关闭上游控制阀（７）和放空阀（１０），打开连通阀（６）、下游控制阀（８）和调压控制阀（９），将调压控制器（５）读数调０，即活动套管（５３）分尺０刻度线与后固定套管（５２）主尺０刻度线重合，通过下游控制阀（８）的端口连接真空设备并给整个测量装置抽真空；Ｃ、待装置处于真空状态稳定后，关闭下游控制阀（８），通过上游控制阀（７）的端口注水加载孔隙压应力，记录上游压力计（３）的读数Ｐｕ↓［０］，即为被测试件（１ａ）的初始孔隙压应力，待整个测量装置压力稳定后，关闭上游控制阀（７）；Ｄ、进行围压分级加载或卸载实验：ａ、进行围压分级加载实验是：通过围压控制阀（１１）的端口注油分级加载围压，孔隙体积减小，孔隙压应力增大，记录第一级围压加载稳定后的围压压力计（２）读数Ｐｃ↓［１］，同时记录第一级围压加载稳定后的上游压力计（３）读数Ｐｕ↓［１］，然后正向转动旋杆，缓慢调节调压控制器（５）的活动套管（５３）向右旋转滑动，释放孔隙水直至孔隙压力从Ｐｕ↓［１］恢复至初始值Ｐｕ↓［０］，即停止转动，记录此时调压控制器（５）的固定套管（５２）主尺刻度值Ｖ↓［１］和活动套管（５３）分尺刻度值Ｖ↓［１］’，则ΔＶ↓［１］＝Ｖ↓［１］－Ｖ↓［１］’即为第一级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量，第二级围压加载后被测试件孔隙体积的变化量即为ΔＶ↓［２］＝Ｖ↓［２］－Ｖ↓［２］’－ΔＶ↓［１］，ΔＶ↓［ｉ］读数为负值表示被测试件孔隙压缩体积减小；ｂ、进行围压分级卸载实验是：通过围压控制阀（１１）的端口排油分级卸载围压，孔隙体积增大，孔隙压应力减小，记录第一级围压卸载稳定后的围压压力计（２）读数Ｐｃ↓［１］，同时记录第一级围压卸载稳定后的上游压力计（３）读数Ｐｕ↓［１］，然后负向转动旋杆，调节调压控制器（５）的活动套管（５３）向左旋转滑动，补充孔隙水直至孔隙压力从Ｐｕ↓［１］恢复至初始值Ｐｕ↓［０］，即停止转动，记录此时调压控制器（５）的固定套管（５２）主尺刻度值Ｖ↓［１］和活动套管（５３）分尺刻度值Ｖ↓［１］’，则ΔＶ↓［１］＝...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小春，王颖，魏宁，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学所，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]