[發明專利]確定巖石試驗中產生滑脫效應的隱節理密度閾值的方法

有效

• 申請號: 201710050242.5
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106841002B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 王環玲;夏季;徐衛亞;向志鵬;趙愷
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳飛

本發明公開一種確定巖石試驗中產生滑脫效應的隱節理密度閾值的方法，包括如下步驟：(1)制備不同隱節理密度的試樣；(2)從隱節理密度最低的試樣開始，測量該試樣在相同圍壓不同滲壓下的氣體滲透率，并記錄壓力室的入口氣體壓力和出口氣體壓力、取兩者的平均值作為平均壓力；(3)繪制該試樣的氣體滲透率隨平均壓力倒數的變化曲線，通過函數對該曲線進行擬合；(4)若擬合相關系數大于0.90，則選擇隱節理密度大于此試樣的下一個試樣，重復上述步驟；若相關系數小于0.90，則此試樣的隱節理密度即為產生滑脫效應的隱節理密度閾值。本方法可將滑脫效應與隱節理密度直接聯系起來，更直觀、快捷的對不同隱節理密度試樣氣體滲透率測量結果進行評估。

技術領域

本發明屬于地下洞室、采礦、地下核廢料儲存、水利水電等巖石工程中以節理巖體為研究對象的工程領域，具體是涉及一種確定含隱節理的致密巖石試驗中產生滑脫效應的隱節理密度閾值的方法。

背景技術

當液體在多孔介質中流動時，孔道中心液體的流速比孔壁處液體的流速明顯高，孔壁處固液接觸面的液體速度流動速度幾乎為零。而當氣體在多孔介質中流動時，除了氣體分子之間發生碰撞外，還有氣體分子和孔壁之間的碰撞(固氣邊界的聯結力)，當巖石孔隙半徑接近氣體分子自由程，氣體分子和固體壁之間的碰撞頻率增加，這樣在邊壁表面就產生了一個多余的流量，即滑脫流。導致氣體測量的滲透率大于其絕對滲透率也大于液測滲透率，這種現象稱為滑脫效應，又稱林肯伯格效應(Klinkenberg effect)。由于滑脫效應的存在，使得氣測滲透率大于試樣本身固有滲透率而不能反映試樣的真實滲透屬性。特別是在孔隙度和滲透率極低的巖石內部，氣體平均自由程和巖石內部平均孔隙半徑接近時，管壁處的氣體分子流動會更快，會產生明顯的滑脫效應。

目前，地下水封洞庫利用低滲透巖石的致密性來進行石油、石油液化氣的儲存。此類巖石一般有整體性好、裂隙少、弱透水性等特點，此時的氣測滲透率的滑脫效應亦明顯，而隨著洞室的開挖與加固巖石的圍壓亦發生變化，導致巖石內部部分微裂隙擴展，當裂隙數量增大到一定程度時，滲透率也在顯著增加，氣滲中的滑脫效應也會隨之減小到忽略不計。因此，研究巖石微裂紋的擴展中，產生滑脫效應的隱節理密度閾值對確定氣測滲透率是否考慮滑脫效應具有非常重要的工程意義和科學意義。

發明內容

發明目的：本發明的針對現有技術中由于滑脫效應存在導致的氣測滲透率不能反映試樣的真實滲透的問題，提供一種確定巖石試驗中產生滑脫效應的隱節理密度閾值的方法。

技術方案：本發明的確定巖石試驗中產生滑脫效應的隱節理密度閾值的方法，包括如下步驟：

步驟1，制備不同隱節理密度的致密巖石試樣；隱節理密度具體為節理法線方向上單位長度內的節理條數；

具體的，致密巖石試樣的制備方法可包括下述步驟：

步驟11，依據天然致密巖石的強度及滲透特性，配制水泥砂漿作為制作試樣的原料；

步驟12，將配制好的原料注入模具中，注至模具一半的位置，垂直放入用于模擬實際節理的錫片，然后繼續注入原料，直至試樣完全成形；

步驟13，養護、至原料固化成型，然后脫模、取出試樣養護，試樣制備完成。

優選的，步驟11中，控制水泥砂漿的配比，使得配制的原料制成不含隱節理的完整樣時，完整樣的滲透率量級與實際天然巖石的滲透率量級相同。實際天然巖石的滲透率量級為10^-14m²～10^-22m²。

步驟2，從隱節理密度最低的試樣開始，測量該試樣在相同圍壓不同滲壓下的氣體滲透率，并記錄每一滲壓下壓力室的入口氣體壓力和出口氣體壓力、取兩者的平均值作為平均壓力；

具體的，試樣在相同圍壓不同滲壓下的氣體滲透率測量方法包括下述步驟：