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超低渗透率测量系统的测试标定及初步实验结果

作　者: 吴曼
导　师: 杨晓松
学　校: 中国地震局地质研究所
专　业: 构造地质学
关键词: 渗透率测量振荡法稳态法有效压力系数
分类号: P618.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

程,对环境科学、地震构造、石油地质等都有重要影响。断层带流体输运的定量化研究对于预测地下流体的流动,了解断层的力学性质具有重要意义。渗透率是表征岩石输运能力最重要的物理参数,实验室精确测量样品渗透率能有效预测深部岩石渗透率结构。然而,低渗‐超低渗透率测量是流体渗流力学和岩石物理学研究领域的难点问题。为了研究汶川地震断层岩的渗透性对流体迁移、断层的愈合、断层的摩擦强度等的影响,分析其与强震孕育环境的关系,我们与山东中石大石仪科技有限公司合作研制了超低渗透率测量系统,孔隙流体为蒸馏水和氮气。这套设备使用稳态法和目前逐渐流行的孔隙压力振荡法,能够同时连续测量样品的渗透率和比储流率。系统最高围压可达200MPa,孔隙压最高可达40MPa,室温下进行测量。测量样品的渗透率范围为10^-14-10^-21m²。本论文从理论上介绍了目前渗透率测量的几种方法以及各种方法的理论推导,并比较了它们的优势和缺点。尤其详述了孔隙压力振荡法的影响因素、测试流程以及数据处理方法。文中详细论述了孔隙压力振荡法中的下游端储流系数Bd值的标定方法及不同体积下游容器的Bd值标定结果,并给出了循环加载条件下典型砂岩的渗透率测量结果。实验结果表明:（1）渗透率随着围压的增加逐渐减小,随着孔隙压的增加逐渐增大;（2）振荡法的渗透率测量结果随着加卸载循环次数的增加无明显下降趋势,多次测量重复性较好,使用幂率函数对实验数据进行拟合误差较小,测量精度较高。整套设备能对低渗‐超低渗样品进行精确测量,目前测量下限达10^-21m²;（3）稳态法测量中由于流体在试样中流动时带动细小颗粒运移并堵塞孔隙流通喉道,渗透率随加卸载时间增加逐渐减小。同时我们比较了两种方法的测量结果,发现两种方法存在着系统差异,并讨论了产生差异的可能原因。通过实验室渗透率测量结果分析,结合相关文献的理论推导及实验结果探讨了如何高效精确地进行低渗透岩石渗透率的测量。论文最后讨论了孔隙压力变化对实验结果的影响,发现有效压力系数并不一定为1,而是依赖于样品的孔隙度、孔隙的几何结构、岩石的矿物成分以及它们的几何排列。按照渗透率有效压力计算公式计算了有效压力系数,结果显示有效压力系数依赖于测试条件。利用最小二乘法在整个围压和孔隙压变化域对渗透率实验数据进行函数拟合,寻求最优有效压力系数使渗透率和有效压力相关性最好。

全文目录

作者简介  3-4
摘要  4-6
Abstract  6-10
前言  10-14
  第一节研究背景及意义  10-12
  第二节研究思路及主要内容  12
  第三节实验计划及主要工作量  12-14
第一章渗透率测量方法简介  14-28
  第一节稳态法  14-15
  第二节脉冲法  15-17
  第三节振荡法  17-24
    1. 孔隙压力振荡法原理  17-20
    2. 孔隙压力振荡法的影响因素  20-24
  第四节讨论  24-28
第二章超低渗透率测量系统及其相关参数标定测试  28-36
  第一节新型超低渗透率测量仪  28-32
    1. 围压系统  29
    2. 孔隙压系统  29-30
    3. 样品腔  30-31
    4. 中间容器  31
    5. 回压系统  31
    6. 数据采集处理系统  31-32
  第二节参数校正及标定  32-36
    1. 系统自检及各传感器、仪表零点校正  32-33
    2. 下游端储流系数Bd 值标定  33-36
第三章样品制备  36-40
第四章系统稳定性测试实验  40-54
  第一节前人关于渗流场与应力场耦合效应研究  40-41
  第二节振荡法稳定性测试实验及误差  41-47
    1. 振荡法测试流程  41-44
    2. 振荡法测量结果及误差  44-47
  第三节稳态法稳定性测试实验及误差  47-50
    1. 稳态法测试流程  47-48
    2. 稳态法测量结果及误差  48-50
  第四节振荡法与稳态法实验结果比较  50-54
第五章求解有效压力系数  54-60
  第一节前人对有效压力系数的研究  54-55
  第二节解算有效压力系数  55-60
第六章结论  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-68

超低渗透率测量系统的测试标定及初步实验结果

内容摘要

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