[發明專利]一種巖石材料孔徑分布測定方法

在審

• 申請號: 202010014889.4
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111157424A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 鄧紅衛;虞松濤;鄧畯仁;田廣林;蔣震
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N24/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種巖石材料孔徑分布測定方法，本發明通過采用離心脫水試驗獲取毛管壓力?進水累積飽和度的曲線，然后通過與核磁共振T2譜反演的曲線擬合，獲得最佳轉換系數，最終獲得孔徑分布，與現有的方法相比，本發明的方法具有操作簡便、可測定孔徑范圍大、測定精度高、不損傷試樣，可重復測定的優勢。

技術領域

本發明屬于具體涉及一種巖石材料孔徑分布測定方法。

背景技術

受成巖作用、地質構造作用、風化作用等一系列內因和外因的影響，巖石材料的內部存在不同尺度的孔隙結構和缺陷。在不同的工程背景下，這些孔隙結構的存在帶來不同的影響。例如，對于寒區巖質邊坡而言，中孔以上的孔隙的存在為水的儲存和滲透提供了良好的儲存空間和導水通道，為巖質邊坡的凍融損傷劣化提供了基礎。然而，對于頁巖氣的儲氣巖層和石油的儲油巖層而言，孔隙結構越發達，孔隙孔徑越大的巖層的儲氣和儲油能力則越強。總之，孔隙孔徑的分布特征對工程有重要的影響。因此，測定巖石的孔徑分布具有重要的工程意義。

目前，目前巖石材料孔徑的測量方法包括有壓汞法、氮氣吸附法、CO₂吸附法、CT掃描法、核磁共振法、電鏡掃描法等多種方法被用于巖石的細觀結構檢測。其中，電鏡掃描法是一種定性檢測方法，且只能對試樣表面的孔隙結構進行檢測。壓汞法、氮氣吸附法、CO₂吸附法、CT掃描法、核磁共振法屬于孔隙結構的定量檢測方法，可以定量檢測試樣內部孔徑分布，但是這些方法也存在各自的不足。壓汞法是最常用的定量測試方法，其孔徑檢測范圍較大，為100nm-100000nm，但是，壓汞工序對試樣有損傷，會破壞試樣的原有孔隙結構，造成測試誤差；氮氣吸附法、CO₂吸附法雖能定量檢測孔徑分布，但是其適應的孔徑范圍小于100nm；CT掃描法測定孔隙結構的時間較長，且依賴于各個分層的成像圖片識別。

核磁共振方法是一種新型的孔隙結構測試方法，它是以水中的H⁺為檢測介質來檢測巖石材料的孔隙特征。它能夠檢測的孔徑范圍很大，可檢測孔徑范圍為1-100000nm的孔隙結構；核磁共振的檢測速度快，僅需幾分鐘即可完成試樣內部孔隙檢測，并且對試樣不造成損傷；它在材料的細觀檢測和孔徑分布測定方面有巨大的應用潛力。但是，通過核磁共振法所獲取的表征孔徑大小的參數T2(橫向弛豫時間)與實際孔徑之間需要通過轉換系數進行轉換，而轉換系數是一種取決于巖性的參數，并非一個常數。采用核磁共振方法測定試樣的孔徑分布主要采用經驗法或者聯合壓汞法確定轉換系數。然而，由于各種巖石材料的巖性不同，采用經驗法獲取的轉換系數難以準確刻畫巖石材料內部的孔徑分布，采用核磁共振聯合壓汞法測定轉換系數的方法耗時長。

因此，通過改進現有的核磁共振法用以測定巖石的孔徑分布具有現實的應用需求和重大的理論意義。

發明內容

本發明的目的是一種方法簡便，結果精確的巖石材料孔徑分布測定方法。

本發明這種巖石材料孔徑分布測定方法，包括以下步驟：

(1)將待測定的巖石材料制定成規則的圓柱形試樣，將巖石試樣置于真空飽水裝置中進行真空飽水，直至試樣完全飽水，得到保水試樣；

(2)對步驟(1)中的飽水試樣進行核磁共振測試，獲得飽水試樣的T2譜，并以此T2譜反演獲得巖石試樣的毛管壓力-進水累積飽和度曲線；

(3)將步驟(2)中測試完后的飽水試樣，進行不同轉速下離心脫水，其中：第一次離心轉速最小，接著以設定的增速，增加離心速度，直至達到設定的最大離心轉速；每種轉速離心完畢后，都需要進行核磁共振測試，獲取不同轉速的離心作用下的含水率；每次離心后對試樣進行將離心力轉化成毛管壓力，試樣含水率轉化成進水飽和度，獲取試樣的毛管壓力-進水累積飽和度曲線；

(4)對步驟(2)中獲得的T2譜反演的毛管壓力-進水累積飽和度曲線和步驟(3)中離心法獲取的毛管壓力-進水累積飽和度曲線進行擬合，反演計算試樣孔徑分布。