含夹层盐岩渗透特性及其细观结构特征

　　1 引 言

　　盐岩由于具有低渗透率、低孔隙度、力学性能稳定(如损伤自恢复)、流变良好和易溶解于水(使盐岩洞库的施工开挖更加容易和经济)等优良特性，被认为是石油、天然气等地下储备和高放射性废物深部埋置的理想场所[1～9]。我国地下盐岩资源丰富，无论从盐岩的位置分布，还是盐岩的规模和品位，都具备利用盐岩建设能源(石油和天然气)储备库的有利条件[10]。由于我国盐岩具有盐岩多、单层厚度薄、含夹层较多(如硬石膏层、硬石膏层和钙芒硝层等)的特点[1，6，11]，因此层状盐岩层中储库的稳定性和安全性等问题引起了广泛重视。针对盐岩溶腔中能源储存的关键问题，国内外学者对盐岩力学行为进行了大量研究，其中重要进展之一是对盐岩渗透特性的研究。通过盐岩的实验室和现场实验发现，盐岩的渗透率较低(为 10-15～10-21m2)[1，2，4]，且孔隙结构和构造是影响盐岩渗透性的本质因素[2，9，11～16]。

　　鉴于我国含夹层盐岩的基本特性，选取湖北云应盐矿的岩样，采用 CMS–300 岩芯自动测试仪获得标准盐岩试件在不同静水压力下的孔隙度、渗透率及滑脱系数等渗透参数，分析盐岩的渗透特性。在渗透测试前后采用 X 射线工业 CT 设备对标准盐岩试件进行逐层扫描，了解试样内部损伤或缺陷的分布状况以及渗透测试前后的变化，分析含夹层盐岩具备如此渗透性能的微细观机制。

　　2 试验过程

　　2.1 试样制备

　　本文的岩样取自湖北云应盐矿第 12 号盐群，埋深为 550～600 m，岩芯的尺寸为φ 70 mm×170 mm和φ 70 mm×230 mm，见图 1(a)。云应盐矿是典型的层状盐岩矿床，主要由盐层和硬石膏夹层组成，夹层和盐层呈不等厚互层结构。

　　由于 CMS–300 岩芯自动测试仪的样品夹持器只能测试直径为φ 25 mm 或 37.5 mm 且长度为 19～75 mm 的圆柱体试样，考虑到岩石力学试验对岩样高径比的要求，确定渗透性测试的标准试样尺寸为φ 25 mm×50 mm。样品加工过程中为了避免盐岩在水中溶解，采用干加工方式，即在车床上切削的方法加工标准盐岩试样。标准试样及其编号见图 1(b)(其中 SR 代表高纯度盐岩，SL 代表含夹层盐岩)。

　　2.2 试验设备及测试原理

　　渗透性测试试验采用中国石化石油勘探开发研究院的计算机控制覆压孔渗自动测定系统 CMS–300(版本 4.00)岩芯自动测试仪(见图 2(a))上进行的。

　　该系统每次可以自动测试岩样最多 8 个不同静水压力下的渗透参数，包括孔隙体积、孔隙度、气体渗透率、有效渗透率、氦气的滑脱系数以及惯性系数等。该设备用气体膨胀法测定孔隙体积，渗透率采用瞬态法测定，并考虑紊流阻力的影响。渗透率由 Forchheimer 方程[13]计算，即