[发明专利]高密度电性参数监测专用岩芯夹持器

说明书

本发明名称为“高密度电性参数监测专用岩芯夹持器”，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，它解决了在同一个岩芯上难以高密度的监测其实验过程的电性参数变化的问题，为在同一个岩芯不同尺度、方向甚至非均质下的渗透率参数的获得提供了重要手段。其技术方案为在夹持器内设置专用的衣袖安装套环，并在套环上设置多个导线引出孔，通过导线与岩芯表面电极的连接实现对岩芯电性参数的高密度监测，衣袖与围压通之间为围压室用于围压的施加与监测。本发明在不同围压下进行高密度的介质电性参数监测以及由此认识流体在介质中的渗流过程并提取相关参数的研究与应用中都具有广泛的用途。

技术领域

岩芯夹持器是用于进行岩芯测定实验的一种专用装置，它固定岩芯，为岩芯提供孔隙压力、围压等的施加与测定通道，在岩芯的渗透率和相关参数测定实验中是一项核心装置。由于渗透率是水文地质、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，是后续模拟计算的重要输入变量，岩芯夹持器相应也成为本技术领域的一个核心部件。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，为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

传统的岩芯夹持器是针对有限长度的岩芯设计的，一般都是Hassler岩芯夹持器模型的改进型。该装置多为园桶状，圆形的岩芯固定在中心，岩芯外围套上被称为衣袖的橡胶膜，再在岩芯外部安装一园桶并使其和橡胶膜之间形成具有一定大小的密闭空间，对该空间的施压（充气或注入流体）即实现对岩芯承受围压的模拟，而对岩芯顶面或底面的施压则实现对岩芯孔隙压力的施加和渗透实验。例如，测定岩芯渗透率的定水位法和变水位法以及定流量法和压力脉冲法即是通过在岩芯的两端或一端施加一定的或变化的压力，通过测量渗透流量和压力及其随时间的变化来计算岩芯的渗透率参数。由此可见，传统的岩芯夹持器仅仅提供测定岩芯两端压力（或压力差）和围压的通道，根据所测压力获得的参数是一个关于该岩芯整体的综合渗透率值，是一个单一方向和尺度上的参数。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。

然而实测资料表明，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同一个岩芯上进行多尺度和多个方向上测定岩石渗透率参数的突破性技术，而该技术的核心和基础就是岩芯夹持器，以解决本领域科学研究和工程应用中的瓶颈问题。正是在此技术背景下，本发明设计出了可用于同时进行高密度电性参数监测的岩芯夹持器，为在同一个岩芯上实现对岩石渗透率不同尺度和方向上的变化分析提供了一种新的手段，可在各种生产工程的岩芯渗透率测定中广泛应用。相关技术，国内外均还未见报道。

本发明中所指的岩芯不仅是通过钻孔采芯所获得的岩石样品，而是更广泛意义上的圆柱体形状或多棱柱形状的多孔介质，其直径在厘米级至米级范围，高度也在厘米级至米级范围。因此，除岩石样品之外，还包括土壤、混凝土、木材等凡是能让流体渗透的多孔介质。本发明中所指的流体包括液体和气体，在液体中包括无极溶液和有机液体，如水、盐水、油类等凡是能够渗透到多孔介质中并引起介质电性差异的液体，气体中包括空气、氮气、二氧化碳等凡是能够渗透到多孔介质中的气体。本发明中的流体包括不同温度条件下的流体。本发明中所指的电性参数包括充电率值或极化率值、自然电位值以及不同测定频率下的电阻值、阻抗值和电容值。本发明中所指的渗透（或水力）实验是让流体进入岩芯或从岩芯中释出的实验。

发明内容