[發明專利]滲流模擬裝置、真三軸巖石滲透率實時測定系統及方法

有效

• 申請號: 202011465862.3
• 申請日: 2020-12-13
• 公開（公告）號: CN112504938B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 胡大偉;楊福見;董文豹;余志鵬;周輝;張傳慶;盧景景;徐福通;馬嘯;馬東東;李睿鑫;程志曜;趙藝偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N3/02;G01N3/18;G01N1/28
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 江慧

本發明公開了一種滲流模擬裝置、真三軸巖石滲透率實時測定系統及方法，所述裝置包括：巖石試樣，所述巖石試樣沿豎直方向預埋有盲孔；所述盲孔包括滲流入孔和滲流出孔；所述滲流入孔的盲端和所述滲流出孔的盲端通過所述試樣內部的滲流通道相連通；模擬套管，設置于所述盲孔內；所述模擬套管包括滲流管道和平臺件，所述平臺件套接在所述滲流管道的外周，且所述平臺件的外形與對應所述盲孔的外形相匹配；密封膠，用于填充于所述平臺件上表面所述滲流管道和所述盲孔外周所形成的空腔內；混凝土，用于覆蓋在所述巖石試樣的外表面；利用高溫真三軸試驗機向所述裝置實時調整試樣的溫度和應力，實現真三軸應力狀態和大于200℃下試樣實時滲透率的測量。

技術領域

本發明涉及巖石領域滲透率測量方法技術領域，特別涉及一種滲流模擬裝置、高溫真三軸巖石滲透率實時測定系統及方法。

背景技術

巖石滲透率是評價地熱、煤層氣及油頁巖油等非常規能源儲層可采性的重要參數和指標，這些非常規地熱、油氣能源儲層埋深較大，面臨著三維高地應力、高溫等問題。特別地，地熱(干熱巖)儲層埋深可高達3k～10km，溫度可高達650℃。根據相關統計，中國地熱資源儲量高達2.5×1025J，相當于860萬億t標準煤。而且，這些非常規能源儲層致密，基質孔隙率和滲透率低，需要各種儲層增技術來增加儲層的滲透率，以提高產能。因此，測量實時高溫、三維高地應力條件下巖石滲透率對評價非常規能源可采性及產能具有重要意義。開展高溫、高地應力條件下巖石滲透率測量實驗難度較大，核心難題有兩點：一是如何保證高溫、高地應力條件下巖芯的密封性，而巖芯密的封性決定了滲透率測量的準確性；二是如何施加實際三維不等高地應力狀態，模擬真實地下三維不等高地應力狀態。

目前，關于高溫、高地應力條件下巖石滲透率測量最常用的方法是通過膠質等有機質材料制成密封筒，將巖芯放置在密封筒內，將密封筒放置在上下壓頭之間，并利用箍環將密封筒與壓頭密封，在密封筒外通過液壓油施加高圍壓，通過加熱液壓油來升溫。這種方法優點是巖芯受力均勻、溫度分布均勻，缺點只能施加假三軸應力，無法還原巖石真實的真三維應力，而且由于密封材料采用膠質等有機材料，最高溫度一般低于200℃，且升溫速率慢。對比文件1：“CN103364319A”，名稱為“高溫三軸測定煤或巖石滲透特性的裝置”，公開了采用高溫密封膠的高溫鋁箔紙和混合介質鹽密封，高溫介質鹽在溫度加載到400℃時會成熔融狀態，起到密封、傳遞壓力的效果。但這種密封方法只有溫度高于鹽的熔點時才會起到密封作用，無法測量連續實時高溫下巖石的滲透率，圍壓傳遞誤差很大，而且也只能施加假三軸應力，無法還原巖石真實的真三維應力。對比文件2：公開號為“CN106442264A”，名稱為“一種高溫高壓滲透率測試裝置”公開了采用經歷高溫淬火的0.3mm厚的銅套進行密封巖芯，銅套韌性較好，可承受500℃的高溫。但銅套在高溫、高應力時金屬套會變形，密封效果不好，同樣也只能施加假三軸應力，無法還原巖石真實的真三維應力。對比文件3：公開號為“CN107436279A”，名稱為“高溫三軸巖石滲透性評價裝置”，公開了針對圓柱形試樣，在巖芯和巖芯尺寸匹配的多個金屬壓塊之間涂覆高溫密封膠，壓塊擠壓后使高溫密封膠超細固體封料填滿巖芯與金屬壓塊的縫隙，從而起到密封作用。但是存在缺點：對試樣尺寸、形狀加工精度要求較高，不然不能與金屬壓塊逐漸良好接觸，很容易造成巖芯圍壓施加不均勻，同樣地，也只能施加假三軸應力，無法還原巖石真實的真三維應力。

因此，如何開發一種可實時、連續測量高溫真三軸狀態下巖石滲透率的方法，還原巖石真實的真三維應力，成為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明目的是提供一種滲流模擬裝置、真三軸巖石滲透率實時測定系統及方法，可以實現真三軸應力狀態下、溫度高于200℃條件下巖石實時滲透率的測量。

為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種滲流模擬裝置，包括：

巖石試樣，所述巖石試樣沿豎直方向預埋有盲孔；所述盲孔包括滲流入孔和滲流出孔；所述滲流入孔的盲端和所述滲流出孔的盲端通過所述試樣內部的滲流通道相連通；