本技术属于岩石物理试验装置领域,尤其是涉及基于原位CT扫描的超低温高压渗流和变形试验装置及方法,所述试样装置包括岩心夹持系统、渗流注入系统、围压系统、背压系统、压力采集系统和控温系统,岩心夹持系统包括钛合金双层岩心夹持器和内部用于包裹岩心的热缩套管,岩心夹持系统通过夹具固定到CT扫描系统的旋转载物台上;渗流注入系统包括气相注入泵;背压系统包括背压控制泵;围压系统包括氮气围压泵;压力采集系统包括计算机和keller压差传感器;控温系统包括杜瓦瓶。所述方法包括渗流试验方法和变形试验方法。本发明可以进行瞬态法渗透率试验和超低温下孔隙水冻胀‑岩石基质冷缩非线性耦合变形试验,为地下液化天然气储库的构建提供了理论基础。
背景技术
天然气是一种广泛应用的清洁能源,目前液化天然气主要的贮藏形式为地面储罐,存在占地面积大、储量小、蒸发率过高且安全性差的问题。废弃矿井地下空间资源丰富,将废弃井巷资源化利用改建地下液化天然气储库,可有效解决天然气大规模储存难题;且地下液化天然气储库具有储量大,节省地面空间,安全性高的优点。
将废弃井巷改建液化天然气储库涉及-162℃的超低温储存环境,研究超低温环境下水冻胀-岩石冷缩变形及渗透率演化规律对于储库安全稳定至关重要。常规低温三轴岩石力学实验机如实用新型CN210923346U可模拟-30℃以上温度,难以实现液化天然气超低温(-162℃)环境。另外,研究岩石在超低温作用下的水冻胀-岩石冷缩变形及渗透率演化规律,需要直观地观察岩石内部的微观结构变化。
近年来,原位CT成像技术作为一种可视化的无损探测手段在岩土工程领域得到了大量应用,发明CN114965076A提出了一种基于CT成像的低温水合物开采渗流过程沉积物骨架微观变形测量装置,但未涉及超低温(-162℃)注采坏境,主要问题在于CT内难以实现超低温高压同时兼顾CT成像质量。
因此,针对上述问题,研制一种内层加载、外层控温的超低温高压钛合金夹持器,满足超低温(-162℃)高压(30MPa)实验条件,可实现精准控温(误差小于±0.05℃),且适用于原位CT扫描,对超低温作用下岩石变形和渗透率演化研究具有重要意义。
实现思路