为什么岩石物理需要高压气体围压系统？复制深层原位应力环境

高压气体围压系统对于在实验室环境中复制深层储层环境是必不可少的。它特别用于施加受控的围压——通常高达 45 MPa——以模拟砂岩在地下所经历的巨大地层应力。没有这个系统，研究人员无法准确地触发顺应性孔隙和微裂缝的闭合，从而导致岩石声学和弹性特性的测量不能代表其真实的现场行为。

通过精确调节压力，该系统迫使岩石样品从放松的表面状态转变为受应力的地层状态。这有效地“重置”了岩石的微观结构，确保了关于弹性模量和声波传输的实验数据反映了真实的地质现实，而不是卸压产生的伪影。

复制原位应力条件

从地下提取的砂岩样品会经历应力松弛，导致它们略微膨胀并产生微观缺陷。

为了准确研究这些样品，您必须重新引入它们在深处所经历的应力。高压气体围压系统能够施加高达 45 MPa 的围压，有效地模拟深层储层的上覆岩层应力。

先进的气体介质设备允许分离围压和孔隙压力。

这种独立控制对于模拟深层地壳应力条件至关重要。它允许研究人员在单独管理孔隙内的流体压力的同时，操纵岩石基质上的外部应力，从而创建地下环境的真实模型。

该系统的主要功能之一是顺应性孔隙和微裂缝的逐渐闭合。

在表面压力下，这些微孔隙保持打开状态，使得岩石看起来比地下实际情况“更软”或更具孔隙性。高压围压机械地迫使这些孔隙闭合，从而改变岩石的内部结构。

一旦微裂缝闭合，就会留下“刚性”孔隙。

这使得研究人员能够观察孔隙微观结构的特定变化如何影响岩石的行为。通过消除表面引起的裂缝造成的干扰，您可以分离出砂岩基质的真实物理特性。

声波在裂缝岩石和压缩岩石中的传播方式不同。

通过使用气体围压系统稳定岩石结构，研究人员可以测量与现场地震数据一致的声学特性。

砂岩的弹性在压力下会发生显著变化。

模拟地层应力可确保计算出的弹性模量（刚度）准确。这对于工程应用至关重要，例如预测储层在枯竭期间的压实情况。

高端系统支持复杂的多物理场实验。

由于系统提供了稳定、受控的环境，研究人员可以进行同步强迫振动实验和渗透率测量。这最大限度地提高了在一致的原位条件下从单个样品中获得的数据产量。

实现精确的气体围压需要复杂的管道和安全规程。

与简单的液压机不同，气体介质系统涉及独立的孔隙流体输送系统和高压密封。这增加了实验设置的复杂性，并需要严格的维护以防止泄漏。

逐渐加压的过程非常耗时。

然而，这种权衡是必要的。跳过此步骤会产生更容易获取但在技术上无效的数据，不适用于深层地下建模。您正在用速度换取测量的物理保真度。

根据您的岩石物理项目的具体目标，该系统的作用会略有不同。

最终，高压气体围压系统弥合了实验室工作台上的松散样品与地下深处的坚硬岩层之间的差距。

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Yanxiao He, P D Shi. Experimental investigation of pore-filling substitution effect on frequency-dependent elastic moduli of Berea sandstone. DOI: 10.1093/gji/ggae195

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .