[发明专利]一种基于渗吸和离子扩散特性的页岩孔径测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于渗吸和离子扩散特性的页岩孔径测量装置及方法，包括：高精度分析天平(1)、支架(2)、烧瓶(3)、鱼线(4)、磁力搅拌器(5)、升降系统(6)、电导率仪(7)、恒温恒湿箱(8)。本发明通过实验测量的方式，充分利用页岩特有的高毛细管力渗吸和强离子扩散特性，设计了高精度的页岩渗吸及离子扩散同步检测装置，提出了适用于页岩的平均孔径评价方法，进一步提高了页岩孔径测量的科学性和精准度；本发明具有操作简单、受环境影响小、测试成本低、结果可靠等特点。

主权项

1.一种基于渗吸和离子扩散特性的页岩孔径测量方法，其特征在于，包括下列步骤：A.提取圆柱形页岩样品，计算截面积A_c，用环氧树脂将圆柱形页岩样品柱面封固，置于烘干箱中烘干，直至圆柱形页岩样品质量不再变化；B.将高精度分析天平置于支架上，使用鱼线将烘干后的圆柱形页岩样品悬挂于高精度分析天平上，记录高精度分析天平读数M0；C.将升降系统置于支架下方，烧瓶置于磁力搅拌器上，磁力搅拌器置于升降系统上；D.向烧瓶内加入体积为V的蒸馏水，并测定水中电导率G0；E.开启磁力搅拌器，使升降系统上升，使圆柱形页岩样品浸没于蒸馏水中20秒；F.使升降系统下降，使得圆柱形页岩样品完全露出水面，记录天平读数M1，并测定水中电导率G1；根据气水两相渗流理论，计算单位面积吸水量V_imb和渗吸过程中离子扩散引起的溶液电导率G随时间的变化关系；其中涉及的物性参数x，k_w,P_c,S_wf,S_wi，μ_w,B,C，n都不需要进行测定，B和C通过分析后期的测试曲线来获得，其它参数通过后期的数学变换的手段消掉这些参数的影响；根据Handy渗吸模型，水相渗吸前缘的位置x随着渗吸时间t的变化关系为：式中k_w为水渗透率mD；P_c为毛细管力Pa，为孔隙度，S_wf为前缘含水饱和度，S_wi为初始含水饱和度；由于圆柱形页岩样品致密，因此前缘含水饱和度较高，且圆柱形页岩样品经过了烘干处理，则烘干处理前后的差等于1；圆柱形页岩样品渗吸过程中，单位面积吸入水的体积随着时间的变化为：式中：B为单位面积水的滞留量g/cm²，μ_w为水的粘度则离子扩散引起的溶液电导率变化为：式中：C为单位面积离子附着量mg/cm²，n为毛细管数；G.再次使升降系统上升，使得圆柱形页岩样品完全浸没于蒸馏水中20秒；H.重复步骤F和步骤G，得到天平读数和溶液电导率随着时间t的变化，即可得到吸水体积V_imb和溶液电导率G随着时间t的变化；I.绘制单位表面积的吸水体积、电导率随着t^0.5的变化曲线，分别求取曲线斜率、渗吸速率A和离子扩散速率D，将获取的A和D进行计算并可以获得A/D的比值；根据单位面积吸水量V_imb和渗吸过程中离子扩散引起的溶液电导率G随着时间变化的理论公式，计算渗吸速率A和离子扩散速率D的比值，过程如下：渗吸速率与离子扩散速率之比为：J.电导率曲线延长线与纵轴的截距为C/V，得到页岩的平均孔径r