申请/专利权人：中国科学院武汉岩土力学研究所

申请日：2022-06-14

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN115248177B

主分类号：G01N15/08

分类号：G01N15/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2022.11.15#实质审查的生效;2022.10.28#公开

摘要：本发明公开了一种基于光纤传感的低渗透岩石突破压力的测量方法及装置，其测量装置包括孔压注入模块、突破压测试模块、围压注入模块、光纤温度应变传感模块、岩样夹持器模块和渗透率测试模块。本发明能同步测量低渗透泥岩、页岩、膏岩和致密砂岩等低渗透岩石的突破压力和渗透系数，并实现监测非润湿相驱替润湿相引起岩石变形以及非润湿相温度变化的技术效果；且本发明即能测试完整圆柱体岩样，也可以测试裂隙岩样。本发明适用于各种酸碱条件、安装方便、测试可靠，适用于二氧化碳地质封存及储气库等低渗透岩石突破压力和渗透系数快速、精确和高效测量。

主权项：1.一种基于光纤传感的低渗透岩石突破压力的测量方法，其特征在于，其步骤为：S1：将加工的圆柱岩样上的残留油污用酒精清洗并用烘干箱烘干至岩样重量不再变化，然后测量其干密度、高度、直径和体积参数；S2：获取裂隙岩样方式，通过现场转型获取，或通过将加工的圆柱体岩样采用巴西劈裂或线切割方式获得裂隙面；S3：对于完整岩样，用两组份能快速固化的环氧树脂胶将光纤传感器放置在岩样的两端，在40~50°C环境下等待岩样胶水干透后，在岩样表面的环向和轴向分别用环氧树脂胶粘贴FBG光纤传感器或DFOS光纤传感器，固定光纤传感器后，将圆柱岩样放入真空饱和箱饱和岩样；对于裂隙岩，在裂隙面上采用精细刻刀获得布设光纤传感器的沟槽，并用酒精清理表面粉尘后，用环氧树脂胶水将光纤传感器埋设在沟槽中，并恢复裂隙面原有形貌，按照泥质含量的试验方案铺设泥质材料固结一段时间，用胶布固定裂隙岩样，用环氧树脂胶水粘贴环向和轴向光纤传感器于岩样外表面；S4：先将岩样两端、内部和外表面的光纤通过上、下部垫块的引出孔，光纤能导入岩芯夹持器围压腔内，然后将光纤依次通过夹持器下端的引出口、引出口连接气动接头和PEEK管后导出到夹持器外，最后将引出光纤一端连接上尾纤，连接后，将转换接头旋紧，利用耐腐蚀的热收缩管或硅胶密封整个试样和上下垫块，使试样和上、下部垫块成为密封耐压的一个整体；S5：将试样放入岩样夹持器模块中，将光纤传感器连接的尾纤接口和光纤解调仪的接口连接，光纤解调仪的另一端接口与光纤处理系统的电脑连接，实现电脑上数据采集软件实时在线采集岩样两端和侧面的应变和温度数据；S6：将整个测量装置放置于恒温控制箱或恒温密闭环境，通过围压加载计量泵向围压系统注入围压介质，对岩样加载围压应力；然后关闭上游放空阀、下游放空阀和背压放空阀，断开连通阀，打开上游控制阀，下游控制阀和背压阀，通过抽真空器对测量装置的上、下游抽真空；S7：待装置处于真空状态稳定后，通过孔压加载计量泵向上游、下游注入非浸湿性或浸湿性流体，同时对测量装置的上、下游注入非浸湿性或浸湿性相加载孔压应力，待测量装置的上、下游压力稳定后，连接并打开压力数据采集卡和数据处理软件，利用围压、上游、下游压力传感器和差压传感器采集压力数据；S8：进行突破压力和渗透系数同时实验：采用分步法，逐步加载上游非润湿相注入压力，首先，关闭下游润湿相注入系统，打开下游背压阀，通过孔压加载注入泵向上游注入系统分级加载孔压压力，第一步注入较小压力P1：压力范围:0～10MPa，第二级压力P2比P1较大：P2压力范围:P1～P1+5MPa，第三级压力P3比P2较大：P3压力范围:P2～P2+5MPa，第i级压力Pi比Pi-1较大：Pi压力范围:Pi～Pi+5MPa,i=1,2,3…n,每级增幅在5MPa范围内，直至在Pi时下游端光纤监测波长跳动升高，同时U型气泡监测预警时，记录此时测量装置的上、下游差压应力Pd，为被测岩芯的非润湿相突破润湿相的突破压力Pc，在测试过程中，记录下每一级Pi-1的光纤波长，通过波长公式换算得非润湿相突破时岩芯的应变和温度变化，同时根据达西定律换算得被测岩芯得非润湿相得渗透系数k；S9：打开上游泄压阀和下游泄压阀释放测量装置的上、下游渗透压力，该岩样的突破压力和渗透系数测量实验结束，获得该低渗透岩石的渗透系数k和突破压力Pc，通过分析压力、温度和应变数据，计算出不同温度和压力下非润湿性流体驱替岩样的温度变化、应变以及反映出应力参数。

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