[发明专利]高密度电性参数监测专用原位岩芯夹持器

说明书

本发明为“高密度电性参数监测专用原位岩芯夹持器”，属水文地质、地质工程、石油地质、水文水资源、土壤学、矿产资源等领域中的渗透率测定技术领域，它解决了不切割岩芯条件下在长尺度岩芯上难以高密度监测其实验过程电性参数变化的问题，为在长尺度岩芯上的任意位置进行不同尺度、方向甚至非均质渗透率场的测定提供了核心装置。其技术方案为通过夹持器的中心部件从岩芯环形侧面进行流体的注入与流出，并在其两侧设置围压室，进行围压施加和高密度电极布置，再通过引出的导线，实现对水力实验过程中岩芯电性参数的高密度监测。本发明与传统岩芯夹持器完全不同，可针对任意长度的岩芯实施不同条件下的高密度电性参数监测，都具有广泛的用途。

技术领域

本发明的原位岩芯夹持器是指能够应用于现场采集的未作专门加工处理的长度较长岩芯的岩芯夹持器，是进行岩芯测定实验的一种专用装置，它与传统岩芯夹持器的主要区别在于它能够用于测定长度较长的岩芯，无需对岩芯进行分段切割，而传统的岩芯夹持器却仅能够测定经过切割的有限长度（一般10cm左右）的岩芯。由于原位岩芯夹持器用于测定的主要参数仍然是岩芯渗透率，而渗透率是水文地质、地质工程、石油地质、水文水资源、土壤学、矿产资源等领域的重要基础性参数，因此所发明的原位岩芯夹持器属于本技术领域，是其中的一个核心部件。传统的岩芯夹持器仅仅提供固定岩芯和施加与测定压力的功能，而所发明的原位岩芯夹持器则不仅具备这些传统的功能，同时它还提供了进行高密度的电性参数监测的通道，因此它为针对超长岩芯采用高密度电性参数监测获得多尺度和多方向条件下的岩芯渗透率创造了条件，在相关领域的科学研究和工程实践中都具有广泛的应用意义。

背景技术

原位岩芯是指在现场采集的未作专门加工处理的长度较长的岩芯，其长度从数十厘米到数米范围，大大超过了传统岩芯夹持器所能够测试的长度。为此，一般会根据需要对现场采集的岩芯进行切割或再取芯，以便能够获得满足岩芯夹持器所要求尺寸的岩芯。虽然这种岩芯切割加工使测试岩芯满足了测试条件，但它却具有如下几个方面的不足：1.它破坏了测试岩芯的完整性，使测试结果仅限于表征某个局部岩芯段的特性，使本来就已经是局部的岩芯样品测试更加限于局部的一个小区域，这既不利于岩芯参数连续变化的研究，更难以在较大的尺度上反映岩石的特性。2.它增加了岩芯参数测试的程序和成本。岩芯切割加工一般在实验室内进行，因此需要额外的运输成本，为了便于运输一些超长的岩芯还会因此而被切断。切割加工本身会大大降低岩芯的利用率，也会改变岩芯原有的物理和化学状态。3.它延长了对岩芯进行及时测试的时间，不利于获得岩芯在原位条件下的参数。尽管会在运输等过程中，对岩芯采取专门的保护措施，但难以避免岩芯在此期间发生的各种状态的改变，使本来就已经受到钻孔和采芯影响的岩芯，更加受到后期多种因素的影响。4.它不利于对珍贵岩芯的完整保存，限制了对珍贵岩芯的参数测定工作。因此，迫切需要一种能够在不切断岩芯的条件下实现对较长的岩芯测试的原位岩芯夹持装置，以便能够为岩芯渗透率等参数的连续获取和研究创造条件。

针对岩芯渗透率的测试目前主要有定水位法和变水位法以及定流量法和压力脉冲法。前者通过在岩芯的两端施加一定的或变化的水压差，通过测量渗透流量来计算岩芯的渗透率参数。后者则在岩芯的一端以一定的流量注水或直接施加压力脉冲，通过测量岩芯两端间压力差随时间的变化来计算岩芯的渗透率参数。但无论是前者还是后者，都以测定岩芯两端的压力（或压力差）为主，再通过一维的流体动力学方程的求解及其和实验结果的拟合来获得参数。因此，所得参数是一个关于该岩芯整体的综合渗透率值，是一个单一方向上的参数。它不能或难以获得同一个岩芯在不同方向和不同测定尺度上的渗透率参数，更难以获得该岩芯渗透率场或空间分布的信息。然而，大量的研究已经表明，岩石渗透率的空间分布是高度非均质的，并随测定样品尺度的变化而变化，为此在某一固定的样品尺度上获得的渗透率参数很难在其它尺度上应用。同时，岩石渗透率还是高度各向异性的，在某一单一方向上获得的渗透率也难以推广到其它方向上应用。因此，迫切需要一种能够针对低渗透岩芯特点可在多尺度和多个方向上测定岩石渗透率参数的突破性技术，以解决本领域科学研究和工程应用中的瓶颈问题。