本發(fā)明主要涉及巖心滲透率及其基本力學(xué)參數(shù)的測(cè)量裝置，具體涉及一種能夠測(cè)量力學(xué)參數(shù)和滲透率的巖心夾持器及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

滲透率是材料的基本屬性之一，在地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)，尤其是石油和天然氣的地質(zhì)勘探和研究生產(chǎn)開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域，需要從地下取出相關(guān)地層巖心，進(jìn)行巖心物性分析實(shí)驗(yàn)，測(cè)量相關(guān)巖心的滲透率、強(qiáng)度、彈性模量等物性參數(shù)，為實(shí)際開(kāi)發(fā)提供參考。

巖石的滲透率很低，目前的測(cè)量低滲透率的實(shí)驗(yàn)方法中較普遍使用的是瞬態(tài)壓力脈沖法。而應(yīng)用該方案的實(shí)驗(yàn)裝置中用于放置待測(cè)巖石的部件就是巖心夾持器。目前的巖心夾持器只能實(shí)現(xiàn)單純的測(cè)量巖心滲透率或者在一定的固定載荷條件下測(cè)量滲透率，無(wú)法在同一裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)疲勞特性和滲透率的測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠測(cè)量力學(xué)參數(shù)和滲透率的巖心夾持器及測(cè)量方法，在同一裝置內(nèi)能實(shí)現(xiàn)力學(xué)參數(shù)(疲勞特性、壓縮強(qiáng)度和彈性模量)和滲透率的測(cè)量，對(duì)于需要測(cè)量巖石樣品的疲勞特性和滲透率這兩種參數(shù)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼蟠筇岣邔?shí)驗(yàn)效率。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種能夠測(cè)量力學(xué)參數(shù)和滲透率的巖心夾持器，包括夾持器筒體3，與夾持器筒體3通過(guò)螺紋連接的中空左端蓋2和右端蓋5，中空左端蓋2的中空腔體內(nèi)設(shè)置左活塞1，所述夾持器筒體3、中空左端蓋2、左活塞1和右端蓋5間形成空腔4，空腔4內(nèi)放置巖心試樣6，巖心試樣6的右端放置在右端蓋5內(nèi)側(cè)的凹槽中，巖心試樣6的左端與左活塞1接觸，巖心試樣6的上端和下端未與夾持器筒體3接觸；所述右端蓋5中心有貫穿右端蓋的實(shí)驗(yàn)流體入口7，巖心試樣6的中心也是貫穿的，且貫穿通孔的位置與實(shí)驗(yàn)流體入口7對(duì)準(zhǔn)；夾持器筒體3的下側(cè)開(kāi)有實(shí)驗(yàn)流體出口9，上側(cè)開(kāi)有排氣口8。

所述中空左端蓋2和夾持器筒體3間、中空左端蓋2和巖心試樣6間、左活塞1和中空左端蓋2間、右端蓋5和夾持器筒體3間以及右端蓋5和巖心試樣6間設(shè)置有放置密封圈10的凹槽。

所述夾持器筒體3、中空左端蓋2和右端蓋5采用不銹鋼材料。

上述所述一種能夠測(cè)量力學(xué)參數(shù)和滲透率的巖心夾持器的測(cè)量方法，該巖心夾持器用于測(cè)量巖心試樣沿垂直于夾持器軸線方向的滲透率：測(cè)量滲透率時(shí)首先分別在左活塞1的左端面和右端蓋5的右端面施加載荷，使巖心試樣6的左右端面被壓緊防止實(shí)驗(yàn)流體在巖心試樣的左右端面發(fā)生橫向流動(dòng)，這里的載荷相當(dāng)于圍壓；然后測(cè)量滲透率的實(shí)驗(yàn)流體從實(shí)驗(yàn)流體入口7流入巖心試樣，從實(shí)驗(yàn)流體出口9流出巖心試樣，通過(guò)測(cè)量實(shí)驗(yàn)流體在巖心試樣6流入端和流出端的壓強(qiáng)差隨時(shí)間的變化能夠計(jì)算出滲透率，排氣口8用于在開(kāi)始測(cè)量滲透率前排出空腔4內(nèi)的多余空氣；所加圍壓的壓強(qiáng)值必須比實(shí)驗(yàn)流體的壓強(qiáng)值大；左活塞1插入中空左端蓋2的深度可調(diào)以適應(yīng)不同的巖心高度；如果在滲透率的測(cè)量過(guò)程中同時(shí)在左活塞1的左端面和右端蓋5的右端面施加載荷就能夠測(cè)量在一定載荷作用下巖心的滲透率；

該巖心夾持器用于測(cè)量巖心試樣在水環(huán)境下的壓縮疲勞特性：首先類似于滲透率的測(cè)量過(guò)程，使巖心試樣處于水環(huán)境下，疲勞載荷分別加載在左活塞1的左端面和右端蓋5的右端面。通過(guò)調(diào)整疲勞載荷的幅值，并記錄試樣加載到破壞所需的疲勞載荷周期數(shù)，能夠得到試樣在壓縮疲勞條件下的應(yīng)力-壽命曲線即S-N曲線；通過(guò)測(cè)量疲勞加載后試樣上裂紋的長(zhǎng)度、密度和裂尖張開(kāi)位移，并記錄相應(yīng)的疲勞載荷周期數(shù)，能夠得到疲勞載荷周期數(shù)與裂紋的長(zhǎng)度、密度和裂尖張開(kāi)位移的關(guān)系，其中裂紋的長(zhǎng)度、密度使用游標(biāo)卡尺測(cè)量，裂尖張開(kāi)位移使用掃描電子顯微鏡拍照測(cè)量；

該巖心夾持器用于測(cè)量巖心試樣在水環(huán)境下的壓縮強(qiáng)度和彈性模量：首先類似于滲透率的測(cè)量過(guò)程，使巖心試樣處于水環(huán)境下，單軸試驗(yàn)機(jī)壓縮載荷分別加載在左活塞1的左端面和右端蓋5的右端面，通過(guò)記錄實(shí)驗(yàn)機(jī)加載過(guò)程中的力和位移，能夠得到巖心試樣6開(kāi)始加載到最終壓縮破壞過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，曲線上的最大應(yīng)力就是巖心試樣6的壓縮強(qiáng)度，由該曲線的斜率能夠得出巖心試樣6的彈性模量。

所述實(shí)驗(yàn)流體為水或鹽水。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)在同一裝置內(nèi)能實(shí)現(xiàn)疲勞特性和滲透率測(cè)量，對(duì)于需要測(cè)量巖石樣品的力學(xué)性能(壓縮強(qiáng)度、彈性模量和疲勞特性)和滲透率這兩種參數(shù)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼蟠筇岣邔?shí)驗(yàn)效率。

(2)該巖心夾持器用于測(cè)量巖心試樣沿垂直于夾持器軸線方向的滲透率。

(3)巖心夾持器測(cè)量巖心試樣的高度可以變化。

(4)該巖心夾持器能夠測(cè)量在一定載荷作用下巖心的滲透率，以及水環(huán)境下的強(qiáng)度、彈性模量和疲勞特性的測(cè)量。

(5)在測(cè)量滲透率時(shí)該巖心夾持器不需要額外的油壓裝置施加圍壓，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)更簡(jiǎn)單。

(6)該巖心夾持器測(cè)試滲透率的實(shí)驗(yàn)流體可以是水或鹽水。采用鹽水時(shí)調(diào)整適當(dāng)鹽的濃度可以模擬海水環(huán)境。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明巖心夾持器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明一種巖心夾持器，主要包括夾持器筒體3、右端蓋5、中空左端蓋2、左活塞1、空腔4、密封圈10、實(shí)驗(yàn)流體入口7、實(shí)驗(yàn)流體出口9、排氣口8。夾持器筒體3、右端蓋5、中空左端蓋2和左活塞1采用不銹鋼材料。實(shí)驗(yàn)流體采用水，夾持器筒體3與中空左端蓋2和右端蓋5分別采用螺紋連接，右端蓋5的左端面有凹槽用于放置巖心試樣6，夾持器筒體3上設(shè)置實(shí)驗(yàn)流體出口9和排氣口8，右端蓋5中心有貫穿右端蓋的實(shí)驗(yàn)流體入口7，巖心試樣6的中心也是貫穿的，且貫穿通孔的位置與實(shí)驗(yàn)流體入口7對(duì)準(zhǔn)。

該巖心夾持器用于測(cè)量巖心試樣沿垂直于夾持器軸線方向的滲透率。測(cè)量滲透率時(shí)首先分別在左活塞1的左端面和右端蓋5的右端面施加載荷，使巖心試樣6的左右端面被壓緊防止實(shí)驗(yàn)流體在巖心試樣的左右端面發(fā)生橫向流動(dòng)，這里的載荷相當(dāng)于圍壓。然后測(cè)量滲透率的實(shí)驗(yàn)流體從實(shí)驗(yàn)流體入口7流入巖心試樣，從實(shí)驗(yàn)流體出口9流出巖心試樣，通過(guò)測(cè)量實(shí)驗(yàn)流體在巖心試樣流入端和流出端的壓強(qiáng)差隨時(shí)間的變化可以計(jì)算出滲透率，排氣口8用于在開(kāi)始測(cè)量滲透率前排出空腔4內(nèi)的多余空氣。所加圍壓的壓強(qiáng)值必須比實(shí)驗(yàn)流體的壓強(qiáng)值大。左活塞1插入中空左端蓋2的深度可以調(diào)整以適應(yīng)不同的巖心高度。如果在上述滲透率的測(cè)量過(guò)程中同時(shí)在左活塞1的左端面和右端蓋5的右端面施加載荷就可以測(cè)量在一定載荷作用下巖心的滲透率。

該巖心夾持器用于測(cè)量巖心試樣在水環(huán)境下的壓縮疲勞特性。首先類似于滲透率的測(cè)量過(guò)程，使巖心試樣處于水環(huán)境下，疲勞載荷分別加載在左活塞1的左端面和右端蓋5的右端面。通過(guò)調(diào)整疲勞載荷的幅值，并記錄試樣加載到破壞所需的疲勞載荷周期數(shù)，可以得到試樣在壓縮疲勞條件下的應(yīng)力-壽命曲線(S-N曲線)。通過(guò)測(cè)量疲勞加載后試樣上裂紋的長(zhǎng)度、密度和裂尖張開(kāi)位移，并記錄相應(yīng)的疲勞載荷周期數(shù)，可以得到疲勞載荷周期數(shù)與裂紋的長(zhǎng)度、密度和裂尖張開(kāi)位移的關(guān)系，其中裂紋的長(zhǎng)度、密度使用游標(biāo)卡尺測(cè)量，裂尖張開(kāi)位移使用掃描電子顯微鏡拍照測(cè)量。

該巖心夾持器還可用于測(cè)量巖心試樣在水環(huán)境下的強(qiáng)度、彈性模量。首先類似于滲透率的測(cè)量過(guò)程，使巖心試樣處于水環(huán)境下，單軸試驗(yàn)機(jī)壓縮載荷分別加載在左活塞1的左端面和右端蓋5的右端面，通過(guò)記錄實(shí)驗(yàn)機(jī)加載過(guò)程中的力和位移，可以得到巖心試樣測(cè)開(kāi)始加載到最終壓縮破壞過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，曲線上的最大應(yīng)力就是巖心試樣的壓縮強(qiáng)度，由該曲線的斜率可以得出巖心試樣的彈性模量。