1.一种用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置,其特征在于:用以测试不同围压和流体压力下的层状岩石各向异性渗透特性,通过将现有的渗透率测量系统中的圆柱体岩样更换为结构体积相同的夹持机构,夹持机构内夹持有盘状结构的圆盘岩样(1),并能够将渗透率测量系统的三轴围压传递给圆盘岩样(1),所述圆盘岩样(1)为含层理结构,在一个圆盘岩样(1)的任意方向上均能创造出流体通道,因此需要改变圆盘岩样(1)的流体通道夹角即可测量圆盘岩样(1)不同方向上的渗透率特性;
所述设置在夹持机构内的圆盘岩样(1)侧曲面上下设置,两平面左右设置,能传递围压的夹持机构内设有与圆盘岩样(1)完全匹配且包裹的空仓结构,能传递围压的夹持机构包括上下两个相互匹配的圆柱体(2)组合构成,两个相互匹配的圆柱体(2)的连接处各设有半个空仓结构的半圆盘空仓(3),位于上方的圆柱体(2)下方设有构成上半个空仓结构的半圆盘空仓(3),位于下方的圆柱体(2)上方设有构成下半个空仓结构的半圆盘空仓(3),上下两个圆柱体(2)的圆心处均垂直轴向设有贯通半圆盘空仓(3)的渗流流体通道(5),上下两个圆柱体(2)的侧壁上水平等间距设有四条与半圆盘空仓(3)的液压油通道(4),液压油通道(4)连通半圆盘空仓(3)与圆柱体(2)的外侧;
所述能传递围压的夹持机构的上下分别设有两组内置L型流体通道(9)的密封压头,两组压头(7)中的L型流体通道(9)一端设置在压头的圆心处并通过设置凸起的中心凸台(10)与圆柱体(2)顶底部的渗流流体通道(5)插接,L型流体通道(9)的另一端设置在压头(7)一端端部设有外接渗流管道的密封接头(11)。
流体从圆盘岩样(1)的一端渗流流体通道(5)流进,圆盘岩样(1)另一端渗流流体通道(5)流出,然后通过测量密封接头(11)的流体压力和流量来计算得到该工况下圆盘岩样的渗透率等参数。
2.根据权利要求1所述用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置,其特征在于:压头(7)与圆柱体(2)之间通过环形密封槽(8)密封连接,防止缝隙产生泄露,所述上下两个相互匹配的圆柱体(2)连接的端面侧边缘设有相互匹配的凹台和凸台结构,从而使上下两部分圆柱体(2)相互锁扣密封成一个整体。
3.根据权利要求1所述用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置,其特征在于:圆盘岩样(1)的外侧包裹有耐高温高压硅胶热缩套(12),在上下两条渗流流体通道(5)内设有尺寸匹配的薄壁高强度金属管(13),上下两条渗流流体通道(5)中的薄壁高强度金属管(13)与圆盘岩样(1)接触并一通被硅胶热缩套(12)紧缩套住,壁高强度金属管(13)与圆盘岩样(1)的弧形面接触并匹配,从而使圆盘岩样(1)与相互连接的上下两根壁高强度金属管(13)紧密贴合一体。
4.根据权利要求1所述用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置,其特征在于:两个半圆盘空仓(3)组成的空仓结构,其具体为圆形截面垂直设置的柱状结构,或者为圆形截面垂直设置的饼状结构。
5.一种使用上述权利要求1‑3所述用于层状岩石各向异性渗透率测量的夹持装置的层状岩石圆盘岩样各向异性渗透率测量方法,其特征在于步骤如下:
S1、设置好圆盘岩样(1)的层理面倾角,将两根薄壁高强度金属管(13)的一个端面分别打磨至与圆盘岩样(1)弧面匹配,之后将两根薄壁高强度金属管(13)对称放置在圆盘岩样(1)的圆弧面处,在两根薄壁高强度金属管(13)于圆盘岩样(1)外侧套上耐高温高压硅胶热缩套(12),利用热吹风机将热缩套(12)加热紧缩,从而使热缩套(12)紧密包裹住圆盘岩样(1)和薄壁高强度金属管(13),将对称设置的两根薄壁高强度金属管(13)与圆盘岩样(1)形成一个整体;
S2、将包裹有耐高温高压硅胶热缩套(12)的两个薄壁高强度金属管(13)从岩样夹持器上下两个圆柱体(2)的半圆盘空仓(3)弧顶处慢慢插入到渗流流体通道(5)内,同时上下圆柱体(2)慢慢合拢并紧扣,两个半圆盘空仓(3)形成一个整体将圆盘岩样(1)密封在岩样夹持器内部;
S3、将两个密封压头(7)分别与岩样夹持器的上下圆柱体(2)端面紧密接触,并保证密封压头(7)端面的环形密封槽(8)与岩样夹持器的密封圈(6)相互嵌入贴合密封,同时使密封压头(7)端面中心的开孔凸台(10)完全嵌入夹持器渗流流体通道(5)的薄壁高强度金属管(13)内,从而防止流通液体泄露;
S4、将密封压头(7)侧壁的密封接头(11)与外部渗透率测量系统的流体管道连接;所述外部渗透率测量系统为现有成熟技术,分别通过管路与本装置进行连接;
S5、随后将固定密封好的岩样夹持器和密封压头组成的夹持机构放置在外部渗透率测量系统的三轴室底座上,按照现有技术的流程先连接好外接设备的各项传感器,向安装好圆盘岩样(1)的夹持机构的三轴室内充油和加围压:充油加围压过程中,液压油经过液压油通道(4)进入空仓结构与圆盘岩样(1)的间隙,从而实现将油压施加在包裹圆盘岩样(1)的耐高温高压硅胶热缩套(12)表面,实现了给圆盘岩样(1)施加围压的目的;充油加围压完成后开始充入渗流流体,流体经过密封接头(11)进入流体通道(5)通过薄壁高强度金属管(13)流进圆盘岩样(1)中,再从圆盘岩样(1)下端的薄壁高强度金属管(13)流出;流体压力始终小于围压,从而保证流体在围压作用下不会沿圆盘岩样(1)与耐高温高压硅胶热缩套(12)的交界面流过,而是只能从圆盘岩样(1)内部流过;在耐高温高压硅胶热缩套(12)和薄壁金属管(13)的作用下,液压油始终与流体通过耐高温高压硅胶热缩套(12)隔绝,直到与密封压头(7)的接触面,在夹持器密封圈(6)和外接系统对密封压头(7)施加的压力作用下,流体无法从此处泄露到三轴室内,三轴围压室的液压油也无法从此处进入夹持器内。
液压油通过流体通道(5)进入空仓结构与圆盘岩样(1)的间隙内将油压施加在耐高温高压硅胶热缩套(12)表面,实现了给圆盘岩样(1)施加围压的技术目的,随后进行注入流体等一系列操作,完成三轴压缩情况下的层状岩石渗透率测试。
6.根据权利要求5所述层状岩石圆盘岩样各向异性渗透率测量方法,其特征在于:圆盘岩样(1)中层状岩石具有显著的层理结构,因此与层理面成不同夹角方向上的力学特性和渗透特性存在差异,即层状岩石的渗透特性具有各向异性;通过将圆盘岩样(1)曲面上下设置的方式其密封在圆柱体夹持器中,每次测量结束后,将圆盘岩样(1)取出,拆除耐高温高压硅胶热缩套(12)后旋转圆盘岩样(1)的角度,从而改变旋转圆盘岩样(1)的层理倾角,使得层理面与竖直的金属管构成一定的角度,之后重新使用耐高温高压硅胶热缩套(12)包裹上下薄壁金属管(13)与旋转角度后的圆盘岩样(1),通过改变旋转圆盘岩样(1)与薄壁金属管(13)流道之间的角度,上下流体通道(5)的流体能够与圆盘岩样(1)层理面沿任意夹角流过,进而在同一个圆盘岩样(1)中创造出沿不同方向上的流体通道;
圆盘岩样(1)被耐高温高压硅胶热缩套(12)包裹,液压油向包裹了耐高温高压硅胶热缩套(12)的圆盘岩样(1)施加围压后,渗流流体通过上下压头从圆盘岩样(1)的两个端面流进和流出,无需更换不同的圆盘岩样(1)即可对应多种层理倾角的圆盘岩样(1),由于不同岩样本身就具有离散性,从而保证每次试验时圆盘岩样(1)内部结构的统一性,无渗透率离散性的干扰,从而有效排除岩样离散性对渗透率的影响。
7.根据权利要求5所述层状岩石圆盘岩样各向异性渗透率测量方法,其特征在于:在实现圆盘岩样在三轴围压室的密封和施加围压过程中,通过在圆盘岩样(1)外表面事先包裹一层薄的耐高温高压硅胶热缩套(12),液压油经过液压油通道(4)进入空仓结构与圆盘岩样(1)的间隙内将油压施加在耐高温高压硅胶热缩套(12)表面,实现了给圆盘岩样(1)施加围压的技术目的,由于在测量过程中流体压力小于围压,即可保证流体在围压作用下流体不会沿圆盘岩样(1)与耐高温高压硅胶热缩套(12)的交界面流过,而是只能从圆盘岩样(1)内部流过。