一种室内渗透试验用装置的制作方法

1.本实用新型属于渗透系数测试技术领域，具体地说，涉及一种室内渗透试验用装置。


背景技术：

2.渗透系数又称水力传导系数，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，是综合反映土体渗透能力的一个指标。国内测试渗透系数一般采用土工试验方法(适用沙土样品)或石油系统的液体、气体流动仪法(适用岩石样品)。盐湖岩心样品特殊，盐粒晶体形状、大小不一，和沙土等又不均匀掺杂；既有很紧密的岩心，又有很松散的岩心，既有以石盐晶体组成为主的岩心，又有以沙土组成为主的岩心。目前国内还没有盐湖岩心样品渗透系数测试的相关研究报道，研究盐湖岩心样品渗透系数的测定可以填补这一测试领域的空白。盐湖岩心样品渗透系数正确确定数值对盐湖勘查计算储量有着非常重要的意义，有助于含卤层的划分。因此研究盐湖岩心样品渗透系数的测定意义重大。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于弥补现有技术中的空白，提供一种室内渗透试验用装置。
4.其技术方案如下：
5.一种室内渗透试验用装置，包括供水桶2、排气管3、进水管4、出水管5、自制石蜡6、钢管盖7、钢管8、量筒9、盐湖岩心样品10和乳胶管11，所述供水桶2上设有乳胶管11，所述乳胶管11和钢管8之间通过进水管4连接，所述钢管8上设有钢管盖7，所述钢管盖7 上设有排气管3和出水管5，所述钢管8内部设有盐湖岩心样品10、自制石蜡6和量筒9，所述供水桶2内部盛有卤水1。
6.进一步，所述供水桶2的规格为60cm
×
60cm
×
50cm。
7.进一步，所述钢管盖7的内径为15cm，外径为16cm。
8.进一步，所述钢管8的内径为14cm，外径为15cm，长度为11.5cm。
9.进一步，所述量筒9的规格为100ml，直型，有刻度，作用是直接放在出水管5处测量流出的卤水体积，用法为用直型100ml刻度量筒在出水管处测量流出卤水100ml需要的时间。
10.本实用新型的有益效果：
11.本实用新型研究盐湖岩心样品渗透系数的测定可以填补这一测试领域的空白，盐湖岩心样品渗透系数正确确定数值对盐湖勘查计算储量有着非常重要的意义，有助于含卤层的划分，适合推广应用。
12.本实用新型的装置结构简单合理，密封性好，实用性强，适合室内野外操作；蜡封解决了盐湖岩心样品在几乎不扰动的情况下密封不严，周围易过水这个重点难题；装置内的石蜡经热水浇钢管即可使钢管与石蜡分离，方便重复使用。
附图说明
13.图1为本实用新型室内渗透试验用装置的结构示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。
15.本实用新型所述室内渗透试验用装置的操作方法，包括以下步骤：
16.步骤1、试验前对盐湖岩心样品性质进行样品组成、松散程度等进行简单描述，大致判断盐湖岩心样品渗透性，根据判断以石盐晶体组成为主很紧密的柱状岩心用md
‑
04型储层敏感性流动实验装置进行渗透试验；渗透性好的岩心和以沙土组成为主的岩心用常水头装置进行渗透试验。并且对每个盐湖岩心样品进行拍照。
17.步骤2、md
‑
04型储层敏感性流动实验装置渗透系数试验检测：
18.①
盐湖岩心样品的加工：将盐湖岩心样品先进行加工处理，具体方法如下：将岩心样品截取一定长度(约10
‑
15cm)，准确测量岩心长度(l)和直径(d)，缠上几层止水胶带；
19.②
盐湖岩心样品的检测：将缠好的盐湖岩心样品放入加持器中(直径小于80mm的岩心用内径80mm加持器、直径大于80mm的岩心用内径110mm加持器)，装好堵头，用手动加压装置加压到岩心环压2mpa，连接供水瓶卤水或储卤瓶卤水提供岩心前端卤水压力，供水瓶记录水头的高度(δh)，储卤瓶记录压力表压力(δp)，等出水端流出的卤水平稳后开始记录单位时间(t)内流出的卤水体积(q)，即用直型100ml刻度量筒在出水管处测量流出卤水100ml需要的时间。
20.③
盐湖岩心样品渗透系数(用流动实验装置测定，供水瓶提供压力)按下列公式计算：
21.k
t
＝q*l/(t*ρ*δh*a)
22.盐湖岩心样品渗透系数(用流动实验装置测定，储卤瓶提供压力)按下列公式计算：
23.k
t
＝q*l/(t*δp*a*104)
24.式中：k
t
为渗透系数，单位(cm/s)；
25.q时间t内的渗透卤水量，单位cm3；
26.a为卤水通过原状盐样的断面积，单位cm2；
27.l为原状盐样的长度，单位cm；
28.δh为卤水水头高度，单位cm；
29.ρ为卤水比重。
30.步骤3、常水头装置渗透系数试验检测：
31.①
盐湖岩心样品的加工：将盐湖岩心样品先进行加工处理，具体方法如下：将岩心样品截取一定长度(约10cm)，准确测量岩心长度(l)和直径(d)；将岩心样品圆柱体侧面薄薄的涂上一层胶水，10至20分钟后把样品竖直放入渗透容器的钢管中，岩心样品上下表面用止水胶带盖住，再用熬制好的石蜡溶液进行浇筑(注意岩心壁与钢管内壁至少要有2毫米以上距离，往缝中灌入融融的石蜡至岩心样品的上沿为止)；石蜡凝固后将装有盐芯样品的钢管修整，用哥俩好胶水将石蜡与钢管内壁粘在一起，一面三点，在进水测石蜡上涂上一层粘土即可。
32.②
盐湖岩心样品的检测：将加工好的装有岩心样品的钢管拧上钢管盖，用常水头装置或变水头装置进行渗透试验(先通入卤水进行排气)。常水头装置要控制好水头的高度(δh)，等出水端流出的卤水平稳后开始记录单位时间(t)内流出的卤水体积(q)，即用直型100ml 刻度量筒在出水管处(5)测量流出卤水100ml需要的时间。
33.③
盐湖岩心样品渗透系数(用常水头渗透试验装置测定)按下列公式计算：
34.k
t
＝q*l/(t*ρ*δh*a)
35.式中：k
t
为渗透系数，单位(cm/s)；
36.q时间t内的渗透卤水量，单位cm3；
37.a为卤水通过原状盐样的断面积，单位cm2；
38.l为原状盐样的长度，单位cm；
39.δh为卤水水头高度，单位cm；
40.ρ为卤水比重。
41.步骤4、盐湖岩心样品渗透系数测定的质量控制
42.盐湖岩心样品渗透系数的测试属于破坏性测试。所有数据人员记录，为了确保质量，测试应由两人共同操作，应对测试样品在破坏前、后的状态进行描述，以便运用专业理论知识对测试数据的可靠性进行判断，电子计重设备必须校准后使用。渗透系数测试结果的绝对误差按规范(地质矿产实验室测试质量管理规范dz/t 0130.12
‑
2006)中土工试验允许差对渗透系数的要求执行(即渗透系数取3∽4个在允许差值范围内测定值的平均值，k
t
＝a*10
‑
n
， a的最大值与最小值之差不大于2)。
43.常水头渗透试验适用于渗透系数较大的试样即k
t
＝1*10
‑2cm/s～1*10
‑3cm/s；渗透系数较小的试样即k
t
＝1*10
‑3cm/s～1*10
‑6cm/s应采用变水头渗透装置试验；至于极高和极低透水性的样品，需要特殊的试验方法或通过间接的推算求取渗透系数。
44.步骤3中的石蜡为石蜡:松香:松节油:三氧化二铁比为6.5:3:1:1熬制的石蜡。
45.试验装备与试验条件
46.因盐湖岩心样品特殊性，其渗透系数的测试要求：原状样品；渗透试验介质必须为现场采取的卤水。采用两种改进装置对盐湖岩心样品进行渗透试验：
47.1、md
‑
04型储层敏感性流动实验装置：
48.该设备由石油系统的液体流动仪改进而成：手动加压装置(压力表40mpa)、氮气瓶、 5l储卤瓶(压力表1mpa)、堵头、样品加持器(内径80mm和110mm两套)通过管道连接而成。柱状样品放入仪器样品加持器采用2mpa环压挤压样品防止渗透介质侧漏，岩心前端卤水压力0
‑
0.01mpa由50l的塑料桶作为供水瓶用乳胶管连接堵头提供，0.01
‑
1.00mpa由氮气瓶中氮气驱动储卤瓶卤水提供。样品必须为以石盐晶体组成为主很紧密的柱状岩心。
49.2、常水头渗透实验装置，如图1所示。
50.该设备由土工试验方法标准(gb/t 50123
‑
2019)渗透试验中常水头渗透装置和变水头渗透装置改进而成：加工如图所示的渗透容器，由钢管(直径14cm，长，11.5cm，外壁两端有丝扣)、钢管盖(盖上有排气管和进水管，内壁有丝扣)组成；采用50l的塑料桶作为供水瓶，装入现场采取的卤水作为渗透试验介质；将渗透容器和供水瓶用乳胶管连接成如图所示的常水头渗透装置。测试的难点是把盐湖岩心原状样品密封在渗透容器中，周围不过水。经过试验研究用改进后的石蜡密封法把盐湖盐芯原状样品密封在渗透容器的钢管中：
①
熬
制具有粘性的石蜡，石蜡:松香:松节油:三氧化二铁比为6.5:3:1:1熬制的石蜡具有粘性和熔点低；
②
盐湖盐芯原状样品圆柱体侧面薄薄的涂上一层万能胶水，10至20分钟后把样品放入渗透容器的钢管中用熬制好的石蜡溶液浇筑；
③
石蜡凝固后用哥俩好胶水将石蜡与钢管内壁粘在一起，一面三点；
④
在进水测石蜡上涂上一层粘土。
51.岩心前端卤水压力0
‑
0.02mpa由50l的塑料桶作为供水瓶用乳胶管连接提供。样品为松散的岩心和以沙土组成为主的岩心。
52.(三)渗透试验的过程
53.1、盐湖岩心样品渗透系数前期试验过程
54.盐湖岩心样品渗透系数的测试国内没有相关研究报道，前期根据石油系统测岩石渗透系数的液体流动仪改进成“md
‑
04型储层敏感性流动实验装置”。按操作手续：将岩心样品截取一定长度(约10
‑
15cm)，准确测量岩心长度(l)和直径(d)，缠上几层止水胶带，放入加持器中，装好堵头，用手动加压装置加压到岩心环压2mpa，连接储卤瓶卤水通过氮气瓶提供岩心前端卤水压力，储卤瓶记录压力表压力(δp)，等出水端流出的卤水平稳后开始记录单位时间(t)内流出的卤水体积(q)。计算公式：k
t
＝q*l/(t*δp*a*104)。盐湖岩心样品渗透系数前期第一阶段试验部分结果如表1所示。
55.表1渗透系数前期第一阶段试验结果
[0056][0057]
上述盐湖岩心样品取自含盐层上部，是主要的含卤层，比较松散，根据地质编录渗透系数大。经过分析发现是岩心环压加的大，2.5mpa左右，将松散岩心样品挤压至密实所致。为此将岩心环压降至2.0mpa左右(太低会导致岩心周围侧漏)，测试结果也不好。
[0058]
为了防止环压对松散岩心样品的挤压，设计钢套，将岩心样品用白蜡蜡封在钢套中再放入加持器中按操作手续测试，得到盐湖岩心样品渗透系数前期第二阶段试验结果，部分结果见表2。
[0059]
表2渗透系数前期第二阶段试验结果
[0060][0061]
上述盐湖岩心样品取自含盐层上部、中部和下部，有含卤层和非含卤层，即有比较松散的样品，又有比较紧密的样品，根据地质编录渗透系数即有比较大的值又有非常小的值。但测试结果统一都比较大，没有区分。经过分析发现：白蜡和岩心样品之间有缝隙，蜡封不严，渗透介质从缝隙间流过导致了渗透系数测试结果都比较大，且是假值。
[0062]
以上试验表明：要想做好盐湖岩心样品的渗透系数测试，首先必须解决好岩心样品的密封这一难题。蜡封是最好选择，白蜡或黄蜡粘贴性不好，融融冷却后收缩较大，蜡和岩心样品之间容易产生缝隙。经过查阅资料和多次试验，石蜡:松香:松节油:三氧化二铁比为6.5: 3:1:1熬制的石蜡具有粘性并且熔点低，蜡封效果比较好。其次是渗透装置的问题，蜡封岩心不能保证不产生缝隙，一旦有就容易测出假值，渗透时出水端要能观察。常水头渗
透装置由土工试验方法标准(gb/t 50123
‑
2019)渗透试验中常水头渗透装置和变水头渗透装置改进而成。该装置出水端钢管盖可拆卸，可观察后再拧上钢管盖；供水瓶体积大渗透时不影响岩心前端卤水压力，2米以内水头压力可调；钢管盖上的排气管可将渗透装置内的空气排出。还有试验前对盐湖岩心样品性质进行样品组成、松散程度等进行简单描述，并且拍照，这样有利于大致判断岩心样品渗透性，防止测出假值。
[0063]
根据以上的方法用改进后的常水头渗透装置对43个盐湖岩心样品的渗透系数进行第三阶段试验，部分试验结果见表3。
[0064]
表3渗透系数前期第三阶段试验结果
[0065][0066]
以上盐湖岩心样品同样取自含盐层上部、中部和下部，有含卤层和非含卤层，即有比较松散的样品，又有比较紧密的样品，根据地质编录渗透系数即有比较大的值又有非常小的值。试验结果表明，用改进后的常水头渗透装置和蜡封方法能有效的测试盐湖岩心样品的渗透系数。渗透系数小于1
×
10
‑6cm/s即特别小的样品用该方法测不出来，需要采用特殊的试验方法。
[0067]
2、盐湖岩心样品渗透系数试验方法
[0068]
通过盐湖岩心样品渗透系数前期试验过程及其结果，参照《土工试验方法标准》(gb/t 50123
‑
2019)渗透系数测定和《地质矿产实验室测试质量管理规范》dz/t 0130.12
‑
2006，总结了一套盐湖岩心样品渗透系数测试方法。
[0069]
(1)试验前对盐湖岩心样品性质进行样品组成、松散程度等进行简单描述，大致判断盐湖岩心样品渗透性，根据判断以石盐晶体组成为主很紧密的柱状岩心用md
‑
04型储层敏感性流动实验装置进行渗透试验；渗透性好的岩心和以沙土组成为主的岩心用常水头装置进行渗透试验。并且对每个盐湖岩心样品进行拍照。
[0070]
(2)md
‑
04型储层敏感性流动实验装置渗透系数试验检测手续：
[0071]
①
盐湖岩心样品的加工：将盐湖岩心样品先进行加工处理，具体方法如下：将岩心样品截取一定长度(约10
‑
15cm)，准确测量岩心长度(l)和直径(d)，缠上几层止水胶带。
[0072]
②
盐湖岩心样品的检测：将缠好的盐湖岩心样品放入加持器中(直径小于80mm的岩心用内径80mm加持器、直径大于80mm的岩心用内径110mm加持器)，装好堵头，用手动加压装置加压到岩心环压2mpa，连接供水瓶卤水或储卤瓶卤水提供岩心前端卤水压力，供水瓶记录水头的高度(δh)，储卤瓶记录压力表压力(δp)，等出水端流出的卤水平稳后开始记
录单位时间(t)内流出的卤水体积(q)。
[0073]
③
盐湖岩心样品渗透系数(用流动实验装置测定，供水瓶提供压力)按下列公式计算：
[0074]
k
t
＝q*l/(t*ρ*δh*a)
[0075]
盐湖岩心样品渗透系数(用流动实验装置测定，储卤瓶提供压力)按下列公式计算：
[0076]
k
t
＝q*l/(t*δp*a*104)
[0077]
式中：k
t
为渗透系数，单位(cm/s)；
[0078]
q时间t内的渗透卤水量，单位cm3；
[0079]
a为卤水通过原状盐样的断面积，单位cm2；
[0080]
l为原状盐样的长度，单位cm；
[0081]
δh为卤水水头高度，单位cm；
[0082]
ρ为卤水比重。
[0083]
(3)、常水头装置渗透系数试验检测手续：
[0084]
①
盐湖岩心样品的加工：将盐湖岩心样品先进行加工处理，具体方法如下：将岩心样品截取一定长度(约10cm)，准确测量岩心长度(l)和直径(d)；将岩心样品圆柱体侧面薄薄的涂上一层胶水，10至20分钟后把样品竖直放入渗透容器的钢管中，岩心样品上下表面用止水胶带盖住，再用熬制好的石蜡溶液进行浇筑(注意岩心壁与钢管内壁至少要有2毫米以上距离，往缝中灌入融融的石蜡至岩心样品的上沿为止)；石蜡凝固后将装有盐芯样品的钢管修整，用哥俩好胶水将石蜡与钢管内壁粘在一起，一面三点，在进水测石蜡上涂上一层粘土即可。
[0085]
②
盐湖岩心样品的检测：将加工好的装有岩心样品的钢管拧上钢管盖，用常水头装置或变水头装置进行渗透试验(先通入卤水进行排气)。常水头装置要控制好水头的高度(δh)，等出水端流出的卤水平稳后开始记录单位时间(t)内流出的卤水体积(q)
[0086]
③
盐湖岩心样品渗透系数(用常水头渗透试验装置测定)按下列公式计算：
[0087]
k
t
＝q*l/(t*ρ*δh*a)
[0088]
式中：k
t
为渗透系数，单位(cm/s)；
[0089]
q时间t内的渗透卤水量，单位cm3；
[0090]
a为卤水通过原状盐样的断面积，单位cm2；
[0091]
l为原状盐样的长度，单位cm；
[0092]
δh为卤水水头高度，单位cm；
[0093]
ρ为卤水比重。
[0094]
(4)盐湖岩心样品渗透系数测定的质量控制
[0095]
盐湖岩心样品渗透系数的测试属于破坏性测试。所有数据人员记录，为了确保质量，测试应由两人共同操作，应对测试样品在破坏前、后的状态进行描述，以便运用专业理论知识对测试数据的可靠性进行判断，电子计重设备必须校准后使用。渗透系数测试结果的绝对误差按规范(地质矿产实验室测试质量管理规范dz/t 0130.12
‑
2006)中土工试验允许差对渗透系数的要求执行(即渗透系数取3
‑
4个在允许差值范围内测定值的平均值，k
t
＝a*10
‑
n
，a 的最大值与最小值之差不大于2)。
[0096]
常水头渗透试验适用于渗透系数较大的试样即k
t
＝1*10
‑2cm/s～1*10
‑3cm/s；渗透系数较小的试样即k
t
＝1*10
‑3cm/s～1*10
‑6cm/s应采用变水头渗透装置试验；至于极高和极低透水性的样品，需要特殊的试验方法或通过间接的推算求取渗透系数。
[0097]
(四)测试系数与经验参数的对比分析此部分是否有对比分析的试验和数据
[0098]
目前为止国内没有盐湖岩心样品渗透系数测试的相关报道，更没有相应的数值，只能对比水文地质参数中的“松散土石渗透系数经验值”。20sy3033、20sy3034的值介于细砂和粉砂之间，20sy3662的值属于粉砂级别，20sy3660、20sy3664的值属于亚黏土级别，其余样品属于黏土级别。
[0099]
(五)结论与问题及处理措施
[0100]
因盐湖岩心样品的特殊性，其渗透系数的测试没有想象的那么简单，稍有不慎测得的结果就是假值，再加上渗透系数的测试属于破坏性测试，没有样品描述和照片很难判断测试结果的可靠性。石盐晶体组成为主很紧密的柱状岩心用md
‑
04型储层敏感性流动实验装置进行渗透试验，岩心环压加至2.0mpa左右即可；渗透性好的岩心和以沙土组成为主的岩心用常水头装置进行渗透试验，出水端钢管盖观察好后再拧上，注意检查渗透介质是否发生岩心与蜡之间侧漏，如若发生要重新进行蜡封直至不发生侧漏为止。特别松软的粉砂粘土建议采用环刀切割按《土工试验方法标准》(gb/t 50123
‑
2019)渗透系数中变水头装置进行测试。把盐湖岩心样品蜡封在渗透容器中不发生侧漏是重点，万能胶水对岩心的粘性不好(尤其是对很紧密的石盐)，建议再寻找粘性更好的胶水进一步改进完善方法。
[0101]
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。