深部地层长岩心侵蚀渗流装置研发与试验研究

作     者：陈祥胜 李银平 施锡林 杨春和 杨杰 CHEN Xiangsheng;LI Yinping;SHI Xilin;YANG Chunhe;YANG Jie

作者机构：中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中国科学院武汉岩土力学研究所湖北省环境岩土工程重点实验室湖北武汉430071 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2019年第38卷第11期

页      面：2254-2262页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2018YFC0808401) 国家自然科学基金资助项目(51874273,51774266)~~ 

主　　题：岩石力学 渗流运移 压降曲线 渗透率 运动方程 

摘      要：针对深部岩土工程中的重大渗流迁移问题,中国科学院武汉岩土力学研究所自主研发了超长岩心侵蚀渗流试验装置(1500mm),其目的在于揭示各类流体在深部地层中的渗流机制。借助岩心侵蚀渗流试验装置,开展饱和卤水和气体在岩心(灰白色砂岩)中的渗流模拟研究,并建立渗流速度与渗透范围和压力梯度之间的通用数学模型。研究结果表明:在相同的温度(50℃)和应力边界(16 MPa)条件下,气体渗流速度极快,通过1000 mm的试样仅需12 s左右的时间,而卤水则需要大于1000 s,两者相差2个数量级。卤水和气体的渗流符合Darcy定律,数据拟合方程与理论公式极其吻合,相关性高达99.8%。卤水和气体的渗透范围与时间满足幂函数关系,表现为前期快速增长,后期平缓过渡并逐渐趋于稳定。而气驱卤水的渗透范围与时间并没确切的函数关系,它可近似为卤水和气体渗流的组合情况。此外,经卤水渗流后重结晶试样的渗透率和孔隙率普遍低于未结晶试样,这意味着盐晶体对多孔岩心具有一定的填充和密实作用。研究内容证实了长岩心侵蚀渗流试验装置可行性与实用性,为深部地层渗流提供了一种研究方法和思路,有助于揭示新的科学问题和解决实际工程难题。