[發明專利]一種基于滲吸和離子擴散特性的頁巖孔徑測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201610937573.6
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN106501151B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 楊柳;張旭輝;魯曉兵;李鵬;羅大雙;劉慶杰;張祖波;葛洪魁
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種基于滲吸和離子擴散特性的頁巖孔徑測量方法，其特征在于，包括下列步驟：

A.提取圓柱形頁巖樣品，計算截面積A_c，用環氧樹脂將圓柱形頁巖樣品柱面封固，置于烘干箱中烘干，直至圓柱形頁巖樣品質量不再變化；

B.將高精度分析天平置于支架上，使用魚線將烘干后的圓柱形頁巖樣品懸掛于高精度分析天平上，記錄高精度分析天平讀數M0；

C.將升降系統置于支架下方，燒瓶置于磁力攪拌器上，磁力攪拌器置于升降系統上；

D.向燒瓶內加入體積為V的蒸餾水，并測定水中電導率G0；

E.開啟磁力攪拌器，使升降系統上升，使圓柱形頁巖樣品浸沒于蒸餾水中20秒；

F.使升降系統下降，使得圓柱形頁巖樣品完全露出水面，記錄天平讀數M1，并測定水中電導率G1；

根據氣水兩相滲流理論，計算單位面積吸水量V_imb和滲吸過程中離子擴散引起的溶液電導率G隨時間的變化關系；其中涉及的物性參數x，k_w,P_c,S_wf,S_wi，μ_w,B,C，n都不需要進行測定，B和C通過分析后期的測試曲線來獲得，其它參數通過后期的數學變換的手段消掉這些參數的影響；

根據Handy滲吸模型，水相滲吸前緣的位置x隨著滲吸時間t的變化關系為：

式中k_w為水滲透率mD；P_c為毛細管力Pa，為孔隙度，S_wf為前緣含水飽和度，S_wi為初始含水飽和度；

由于圓柱形頁巖樣品致密，因此前緣含水飽和度較高，且圓柱形頁巖樣品經過了烘干處理，則烘干處理前后的差等于1；

圓柱形頁巖樣品滲吸過程中，單位面積吸入水的體積隨著時間的變化為：

式中：B為單位面積水的滯留量g/cm²，μ_w為水的粘度

則離子擴散引起的溶液電導率變化為：

式中：C為單位面積離子附著量mg/cm²，n為毛細管數；

G.再次使升降系統上升，使得圓柱形頁巖樣品完全浸沒于蒸餾水中20秒；

H.重復步驟F和步驟G，得到天平讀數和溶液電導率隨著時間t的變化，即可得到吸水體積V_imb和溶液電導率G隨著時間t的變化；

I.繪制單位表面積的吸水體積、電導率隨著t^0.5的變化曲線，分別求取曲線斜率、滲吸速率A和離子擴散速率D，將獲取的A和D進行計算并可以獲得A/D的比值；

根據單位面積吸水量V_imb和滲吸過程中離子擴散引起的溶液電導率G隨著時間變化的理論公式，計算滲吸速率A和離子擴散速率D的比值，過程如下：

滲吸速率與離子擴散速率之比為：

J.電導率曲線延長線與縱軸的截距為C/V，得到頁巖的平均孔徑r