[發明專利]高密度電性參數監測專用原位巖芯夾持器

在審

• 申請號: 201711230379.5
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN109839343A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 南京九州勘探技術有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為“高密度電性參數監測專用原位巖芯夾持器”，屬水文地質、地質工程、石油地質、水文水資源、土壤學、礦產資源等領域中的滲透率測定技術領域，它解決了不切割巖芯條件下在長尺度巖芯上難以高密度監測其實驗過程電性參數變化的問題，為在長尺度巖芯上的任意位置進行不同尺度、方向甚至非均質滲透率場的測定提供了核心裝置。其技術方案為通過夾持器的中心部件從巖芯環形側面進行流體的注入與流出，并在其兩側設置圍壓室，進行圍壓施加和高密度電極布置，再通過引出的導線，實現對水力實驗過程中巖芯電性參數的高密度監測。本發明與傳統巖芯夾持器完全不同，可針對任意長度的巖芯實施不同條件下的高密度電性參數監測，都具有廣泛的用途。

技術領域

本發明的原位巖芯夾持器是指能夠應用于現場采集的未作專門加工處理的長度較長巖芯的巖芯夾持器，是進行巖芯測定實驗的一種專用裝置，它與傳統巖芯夾持器的主要區別在于它能夠用于測定長度較長的巖芯，無需對巖芯進行分段切割，而傳統的巖芯夾持器卻僅能夠測定經過切割的有限長度（一般10cm左右）的巖芯。由于原位巖芯夾持器用于測定的主要參數仍然是巖芯滲透率，而滲透率是水文地質、地質工程、石油地質、水文水資源、土壤學、礦產資源等領域的重要基礎性參數，因此所發明的原位巖芯夾持器屬于本技術領域，是其中的一個核心部件。傳統的巖芯夾持器僅僅提供固定巖芯和施加與測定壓力的功能，而所發明的原位巖芯夾持器則不僅具備這些傳統的功能，同時它還提供了進行高密度的電性參數監測的通道，因此它為針對超長巖芯采用高密度電性參數監測獲得多尺度和多方向條件下的巖芯滲透率創造了條件，在相關領域的科學研究和工程實踐中都具有廣泛的應用意義。

背景技術

原位巖芯是指在現場采集的未作專門加工處理的長度較長的巖芯，其長度從數十厘米到數米范圍，大大超過了傳統巖芯夾持器所能夠測試的長度。為此，一般會根據需要對現場采集的巖芯進行切割或再取芯，以便能夠獲得滿足巖芯夾持器所要求尺寸的巖芯。雖然這種巖芯切割加工使測試巖芯滿足了測試條件，但它卻具有如下幾個方面的不足：1.它破壞了測試巖芯的完整性，使測試結果僅限于表征某個局部巖芯段的特性，使本來就已經是局部的巖芯樣品測試更加限于局部的一個小區域，這既不利于巖芯參數連續變化的研究，更難以在較大的尺度上反映巖石的特性。2.它增加了巖芯參數測試的程序和成本。巖芯切割加工一般在實驗室內進行，因此需要額外的運輸成本，為了便于運輸一些超長的巖芯還會因此而被切斷。切割加工本身會大大降低巖芯的利用率，也會改變巖芯原有的物理和化學狀態。3.它延長了對巖芯進行及時測試的時間，不利于獲得巖芯在原位條件下的參數。盡管會在運輸等過程中，對巖芯采取專門的保護措施，但難以避免巖芯在此期間發生的各種狀態的改變，使本來就已經受到鉆孔和采芯影響的巖芯，更加受到后期多種因素的影響。4.它不利于對珍貴巖芯的完整保存，限制了對珍貴巖芯的參數測定工作。因此，迫切需要一種能夠在不切斷巖芯的條件下實現對較長的巖芯測試的原位巖芯夾持裝置，以便能夠為巖芯滲透率等參數的連續獲取和研究創造條件。

針對巖芯滲透率的測試目前主要有定水位法和變水位法以及定流量法和壓力脈沖法。前者通過在巖芯的兩端施加一定的或變化的水壓差，通過測量滲透流量來計算巖芯的滲透率參數。后者則在巖芯的一端以一定的流量注水或直接施加壓力脈沖，通過測量巖芯兩端間壓力差隨時間的變化來計算巖芯的滲透率參數。但無論是前者還是后者，都以測定巖芯兩端的壓力（或壓力差）為主，再通過一維的流體動力學方程的求解及其和實驗結果的擬合來獲得參數。因此，所得參數是一個關于該巖芯整體的綜合滲透率值，是一個單一方向上的參數。它不能或難以獲得同一個巖芯在不同方向和不同測定尺度上的滲透率參數，更難以獲得該巖芯滲透率場或空間分布的信息。然而，大量的研究已經表明，巖石滲透率的空間分布是高度非均質的，并隨測定樣品尺度的變化而變化，為此在某一固定的樣品尺度上獲得的滲透率參數很難在其它尺度上應用。同時，巖石滲透率還是高度各向異性的，在某一單一方向上獲得的滲透率也難以推廣到其它方向上應用。因此，迫切需要一種能夠針對低滲透巖芯特點可在多尺度和多個方向上測定巖石滲透率參數的突破性技術，以解決本領域科學研究和工程應用中的瓶頸問題。