[發明專利]基于變容的材料滲透系數測量系統

無效

• 申請號: 200710169087.5
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101196459A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 王穎;李小春;魏寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N7/10
• 分類號: G01N7/10;G01N13/04
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 黃瑞棠

技術領域

本發明涉及一種材料滲透系數測量系統，尤其涉及一種快速、寬幅的基于變容的材料滲透系數測量系統。

背景技術

天然巖石的滲透系數分布范圍超過10個數量級。特別是，由于近年來油氣田的開發、放射性物質的地下處置以及溫室氣體的地質封存等工程的安全性評價和施工設計，迫切需要測量與這些工程相關的材料在外力、溫度和化學作用下，其滲透性能的變化規律。在這種情況下，同一塊材料的滲透系數可能大幅度變化達好幾個數量級——從小于1μD(達西)到1D。

目前，常用的各種滲透系數測量系統所能測量的范圍一般在2～3個數量級；國內外尚無采用變容壓力脈沖法測量滲透系數的系統；國際上主要用來測量低滲材料滲透系數的測量方法(例如傳統壓力脈沖法、恒流泵法等)，其主要理論依據和部分技術指標與本發明相當，但具體的系統設計、求解方法和本發明不一樣，且成本也非常昂貴。

發明內容

本發明的目的是為了滿足測量上述材料在外力、溫度或化學作用下，其滲透系數大幅度變化的要求，提供一種基于變容的材料滲透系數測量系統。

本發明的目的是這樣實現的：

一、設計思路

1、利用試壓泵，通過合理控制閥門和壓力表，獲得設計所需要的壓力脈沖。

2、設計有綜合壓縮性可以改變的變容裝置，通過合理調節變容容器內氣液體積比，從而獲得跨越六個數量級以上的綜合壓縮性。

3、設計有采集被測試件兩端的壓差-時間曲線的數據采集處理裝置。

4、設計有針對本發明而編制的反分析計算軟件，擬和采集的壓差-時間曲線圖，自動生成被測試件及系統各參數值。(另案申請國家計算機軟件著作權登記)

二、設計方案

如圖1.1、1.2，本發明由核心裝置(1000)和外圍裝置(2000)兩部分組成：

核心裝置(1000)，包括變容裝置(1100)、巖芯夾持器(1200)、壓力計量裝置(1300)和數據采集處理裝置(1400)；

外圍裝置(2000)包括注氣裝置(2100)、注液裝置(2200)、圍壓裝置(2300)和真空抽取裝置(2400)。

核心裝置(1000)與外圍裝置(2000)有兩種連接方式；

連接方式一：如圖1.1，變容裝置(1100)分別連接注氣裝置(2100)和注液裝置(2200)；巖芯夾持器(1200)分別連接注液裝置(2200)、圍壓裝置(2300)、真空抽取裝置(2400)和壓力計量裝置(1300)；壓力計量裝置(1300)連接數據采集處理裝置(1400)；

連接方式二：如圖1.2，變容裝置(1100)分別連接注氣裝置(2100)、注液裝置(2200)和真空抽取裝置(2400)；巖芯夾持器(1200)分別連接注液裝置(2200)、圍壓裝置(2300)和壓力計量裝置(1300)；壓力計量裝置(1300)連接數據采集處理裝置(1400)。

本發明的工作原理是：

外圍裝置(2000)是建立起連接核心裝置(1000)的外圍輔助設備，通過施加圍壓、注氣檢漏、抽取真空、注液加壓和釋放脈沖，做好測量準備工作，然后由核心裝置(1000)完成脈沖衰減、壓差-時間數據采集及處理等測量主要工作，獲得最終測量結果。

本發明可實現雙向測量，即壓力脈沖可從夾持器(1200)兩端中任意一端釋放，可根據試驗時的具體情況來簡便操作，亦可提高測量的精度。

主要是設計被測試件(W)、變容裝置(1100)和數據采集處理裝置(1400)之間的相互關系。變容裝置(1100)可在系統設計范圍內自由調節，來改變其綜合壓縮性(即容水量)的大小，關鍵是根據被測試件(W)，調節第1、2變容容器(1111、1121)內氣體體積的大小，達到試驗設計值進行試驗，再由數據采集處理裝置(1400)自動生成被測試件(W)及系統各參數值。

本發明的核心裝置(1000)有以下特點：

1、設計精巧，結構對稱，泄漏降到最低，誤差減到最小，如：

(a)利用高質量鋼管、閥門、聯合接頭，獲得極低泄漏率、高穩定性的極佳效果；

(b)采用結構相同的第1、2變容裝置(1110、1120)，對稱連接，保證了核心裝置(1000)整體結構的對稱性，以減小誤差；

(c)利用彈性和密封性較好的天然膠乳材料制成的分隔膜來完成變容容器內氣液分隔的效果，自由改變氣液體積比，調節簡單，性能穩定，效果好。