CN104236965A - 岩心裂缝制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩心裂缝制备装置，包括：工作台(1)，所述工作台上设有第一垫板(2)；设在第一垫板(2)上的岩心筒(5)，用于装待压岩心(4)；设在第一垫板(2)和待压岩心(4)之间的若干个尖锥造缝工具(3)，尖锥造缝工具(3)的尖头朝向待压岩心(4)的下表面；设在岩心筒(5)上的第二垫板(6)，所述第二垫板(6)压在待压岩心(4)的上表面；压力机(8)，作用在第二垫板(6)上，用于提供压力。该岩心裂缝制备装置能人工造出网络裂缝且方便控制和操作。

Description

岩心裂缝制备装置及方法

技术领域

本发明涉及岩心人工造缝技术领域，具体涉及一种岩心裂缝的制备装置及方法。

背景技术

目前国内外的岩心人工造缝方法归纳起来主要包括均匀劈开法、径向拉伸和轴向压缩。均匀劈开法是指用切割机将岩心切成对等的两半，根据所需的裂缝开度，用中间垫片厚度或者填砂的直径模拟裂缝宽度或计算宽度。这种方法应根据岩心材质是天然岩心还是人造岩心、岩心的致密程度等物性以及试验目的有区别地造缝或充填。径向拉伸法主要利用测定岩石抗拉强度的巴西试验原理，在岩心径向施加压力。即在沿加载直径的垂直方向上分布有拉伸应力，随着压力的增加，拉伸应力逐渐增大。在拉伸应力的作用下，沿压力方向将逐渐产生裂纹，最终拉开一条裂缝。此裂缝与施加压力平行，与拉伸应力垂直，裂缝面粗糙。轴向压缩法可分为单轴压缩和三轴压缩。操作方法是将岩心封在热缩套中，以与围压介质隔开，装好应变测量装置，放入高压仓，施加轴向应力（在三轴试验中还需充入围压油，加上围压）。在轴向应力的作用下，岩心将逐渐变形直至产生裂缝。用轴向压缩方法进行造缝时，岩心本身的脆性差异致使不同岩心的破裂形态呈现多样性。致密的砂岩几乎总是形成一条主导裂缝且造缝较易控制。而灰岩、辉绿岩、片麻岩等脆性较大，趋于多裂缝发育。

现有技术存在的缺点是：其中的均匀劈开法和径向拉伸法通常形成单一裂缝；轴向压缩法虽然有可能形成多裂缝或网络裂缝，但是这种方法在造缝时使用的设备多，造缝时需要的压力大，操作方法也相对比较复杂，造成的裂缝分布主要受岩石脆性因素制约，人工较难控制。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能人工造出网络裂缝且方便控制和操作的岩心裂缝制备装置。

针对以上技术问题，本发明提供的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的岩心裂缝制备装置，包括：

工作台，所述工作台上设有第一垫板；

设在第一垫板上的岩心筒，用于装待压岩心；

设在第一垫板和待压岩心之间的若干个尖锥造缝工具，尖锥造缝工具的尖头朝向待压岩心的下表面；

设在岩心筒上的第二垫板，所述第二垫板压在待压岩心的上表面；

压力机，作用在第二垫板上，用于提供压力。

与现有技术相比，本发明的岩心裂缝制备装置具有以下优点。通过将岩心装入岩心筒，在加压造缝过程中岩心不容易破碎。待压岩心压在尖锥造缝工具的尖头上，通过若干个尖头的引导，能人工造出网络裂缝，而且造缝时需要的压力降低。通过压力机、岩心筒和尖锥造缝工具使得岩心的裂缝在一定程度上可控，在操作过程中只需要控制压力机的压力即可，操作更方便。

作为本发明的装置的一种优选，所述尖锥造缝工具包括圆锥、三棱锥、四棱锥、五角星锥和六角星锥。圆锥、三棱锥、四棱锥、五角星锥和六角星锥均为比较规则的形状，方便批量加工。

作为本发明的装置的另一种优选，所述尖锥造缝工具在第一垫板上呈三点均匀分布或四点均匀分布。使得造出来的岩心裂缝形状更接近实际页岩状况，造缝后的岩心可作为地层伤害试验的基础部件。

作为本发明的装置的一种改进，所述待压岩心的上表面设有尖头朝下的尖锥造缝工具。待压岩心的上表面也设置尖锥造缝工具，能起到更好的引导作用。

为本发明的装置的还有一种优选，所述待压岩心包括页岩、砂岩、碳酸盐岩、火山岩。适用范围更广，可用于给包括页岩、砂岩、碳酸盐岩、火山岩在内的多种岩心造缝，造缝后的岩心用于各种岩层的地层伤害试验，与实际状况更接近。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种采用本发明的岩心裂缝制备装置制备岩心裂缝的方法，包括以下步骤：

1）将待压岩心除两个端面外的部分包好；

2）在包好的待压岩心的两端加上尖锥造缝工具，一起装入岩心筒；

3）将装有待压岩心的岩心筒放在第一垫板上，第一垫板位于工作台上，并将第二垫板放在岩心筒上；

4）操作压力机，先使压力机下降至接触第二垫板，并开始加压，直到待压岩心受到的压力在不断增大后突然大幅度降低，停止加压，记下压力的最高值；

5）卸压，取下压过的岩心。

若需继续加工其它的岩心，则换一块岩心，重复步骤1）～5）。

作为本发明的方法的一种改进，步骤2）中若包好的待压岩心的两端加上尖锥造缝工具一起装入岩心筒时岩心筒的一端面或两端面还高出尖锥造缝工具，则向岩心筒内装入金属垫块直至两端均凸出岩心筒的两端面，一起放置在压力机上。通过金属垫块方便压力能更好地作用到岩心上。

附图说明

图1所示是本发明的岩心裂缝制备装置的结构示意图。

图2所示为三个三棱锥呈三点均匀分布的示意图。

图3所示为四个三棱锥呈四点均匀分布的示意图。

图4所示为三个六角星锥呈三点均匀分布的示意图。

图中所示：1、工作台，2、第一垫板，3、尖锥造缝工具，4、岩心，5、岩心筒，6、第二垫板，7、压力表，8、压力机。

具体实施方式

图1所示为本发明的岩心裂缝制备装置一种具体实施例。在该实施例中，本发明的岩心裂缝制备装置，包括：

工作台1，所述工作台上设有第一垫板2；

设在第一垫板2上的岩心筒5，用于装待压岩心4；

设在第一垫板2和待压岩心4之间的若干个尖锥造缝工具3，尖锥造缝工具3的尖头朝向待压岩心4的下表面；

设在岩心筒5上的第二垫板6，所述第二垫板6压在待压岩心4的上表面；

压力机8，作用在第二垫板6上，用于提供压力。一般压力机8连接有压力表7，用于直接读取压力机8输出的压力值。

所示压力机8选用巴西试验机，美国产，型号是BZ-1。

在本实施例中，所述尖锥造缝工具3包括圆锥、三棱锥、四棱锥、五角星锥和六角星锥。

所述尖锥造缝工具3在第一垫板2上呈三点均匀分布或四点均匀分布。

图2所示为三个三棱锥呈三点均匀分布的示意图。

图3所示为四个三棱锥呈四点均匀分布的示意图。

图4所示为三个六角星锥呈三点均匀分布的示意图。

所述若干个尖锥造缝工具3也可以为不均匀分布形式或其它分布形式。

所述待压岩心4的上表面设有尖头朝下的尖锥造缝工具3。在本实施例中，待压岩心4的上表面和下表面均设有尖锥造缝工具3。

在一个未示出的实施例中，只在待压岩心4的上表面设置尖头朝下的尖锥造缝工具3。在另一个未示出的实施例中，也可以只在待压岩心4的下表面设置尖头朝上的尖锥造缝工具3。

所述待压岩心4包括页岩、砂岩、碳酸盐岩、火山岩。

一种采用本发明的装置制备岩心裂缝的方法，包括以下步骤：

1）将待压岩心4除两个端面外的部分包好；

2）在包好的待压岩心4的两端加上尖锥造缝工具3，一起装入岩心筒5；

3）将装有待压岩心4的岩心筒5放在第一垫板2上，第一垫板2位于工作台1上，并将第二垫板6放在岩心筒5上；

4）操作压力机8，先使压力机8下降至接触第二垫板6，并开始加压，直到待压岩心4受到的压力在不断增大后突然大幅度降低，停止加压，记下压力的最高值；

5）卸压，取下压过的岩心4。

若需继续加工其它的岩心4，则换一块岩心4，重复步骤1）～5）。

作为本发明的方法的一种变化，在步骤2）中若也可以是，先将尖锥造缝工具3分别在第一垫板2和第二垫板6上排列并固定后，将包好的待压岩心4的下表面放在位于第一垫板2的尖锥造缝工具3上并调整待压岩心4的位置；再将岩心筒5套在待压岩心4上；并在步骤3）中，将固定在第二垫板6上的尖锥造缝工具3尖头朝向待压岩心4的上表面压在待压岩心4上。该方法要求第二垫板6能够放入岩心筒5，并在装入岩心筒5后第二垫板6的上表面突出岩心筒5的上端面。

步骤2）中若包好的待压岩心4的两端加上尖锥造缝工具3一起装入岩心筒5时岩心筒5的一端面或两端面还高出尖锥造缝工具3，则向岩心筒5内装入金属垫块直至两端均凸出岩心筒5的两端面，一起放置在压力机8上。

实施例一：

1）选用直径为一英寸即2.54cm的页岩岩心4和砂岩岩心4各一块，将待加工岩心4的两端面打磨平整，然后采用保鲜膜或胶带将岩心4除两个端面外的部分包好；

2）对直径为2.54cm的岩心4，所述的尖锥造缝工具3的尖头与第一垫板2的中心或圆心的距离为0.43cm；第一垫板2采用圆形垫板，尖锥造缝工具3采用三棱锥，所述三个或四个三棱锥在第一垫板2上呈三点或四点均匀分布，如图2和图3所示。

3）选取内部直径为2.54cm、长度为10cm的岩心筒5，所述岩心筒5为金属筒或橡胶筒；将岩心4和尖锥造缝工具3均装入岩心筒5并定位；若是将岩心4和尖锥造缝工具3放入岩心筒5后，岩心筒5尚有空余，可放入与岩心筒5直径相等的金属垫块进行填充。

需要在岩心筒5的下端添加金属垫块时，首先将一块直径与岩心筒5内部直径相等的圆形金属垫块放在工作台1上，将尖锥造缝工具3按照距离金属垫块的圆心0.43cm的位置呈90°或120°均匀分布并进行定位。然后，对准岩心4位置，将岩心4放在尖锥造缝工具3上，将岩心筒5扣入，并将装有岩心4的岩心筒5移动到一垫板2上并调整好位置。

若需要在岩心筒5的上端添加金属垫块，首先将一块直径与岩心筒5内部直径相等的圆形金属垫块放在工作台1上，将尖锥造缝工具3按照距离金属垫块的圆心0.43cm的位置呈90°或120°均匀分布并进行定位。圆形金属垫块以尖锥造缝工具3的尖头朝下的方式倒置放入装有待压岩心4的岩心筒5内，并调整好位置。再将装有岩心4的岩心筒5移动到第一垫板2上并调整好位置。最后在岩心筒5的上面金属垫块上加设第二垫板6。

也可以在岩心筒5的上端和下端均添加金属垫块，一般是先在岩心筒5的下端添加金属垫块，再在岩心筒5的上端添加金属垫块。

4）操作压力机8，并进行对第二垫板6加压，从压力表7中可以看到待压岩心4受到的压力不断增大，直到压力突然大幅度降低，停止加压，记下压力的最高值；

5）卸压，取下压过的岩心4。

一块岩心4造缝完成后，换下一块待压岩心4，重复步骤步骤1）～5）。

实施例二：

1）选取直径为一英寸半即3.8cm的页岩岩心4和砂岩岩心4各一块，将待加工岩心4的两端面打磨平整，然后采用保鲜膜或胶带将岩心4除两个端面外的部分包好；

2）对直径为3.8cm的岩心4，所述的尖锥造缝工具3的尖头与第一垫板2的中心或圆心的距离为0.81cm；

3）选用直径为3.8cm、长度为10cm的岩心筒5，所述岩心筒5为金属筒或橡胶筒；将岩心4和尖锥造缝工具3均装入岩心筒5并定位；若是将岩心4放入岩心筒5后，岩心筒5尚有空余，可放入与岩心筒5直径相等的金属垫块进行填充；添加金属垫块的方式与实施例一相同。

4）将装有岩心4的岩心筒5放在第一垫板2和第二垫板6之间，操作压力机8，并对第二垫板6进行加压，从压力表7中可以看到待压岩心4受到的压力不断增大，直到压力突然大幅度降低，停止加压，记下压力的最高值；

5）卸压，取下压过的岩心4。

虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种岩心裂缝制备装置，包括：

工作台(1)，所述工作台上设有第一垫板(2)；

设在第一垫板(2)上的岩心筒(5)，用于装待压岩心(4)；

设在第一垫板(2)和待压岩心(4)之间的若干个尖锥造缝工具(3)，尖锥造缝工具(3)的尖头朝向待压岩心(4)的下表面；

设在岩心筒(5)上的第二垫板(6)，所述第二垫板(6)压在待压岩心(4)的上表面；

压力机(8)，作用在第二垫板(6)上，用于提供压力。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述尖锥造缝工具(3)包括圆锥、三棱锥、四棱锥、五角星锥和六角星锥。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述尖锥造缝工具(3)在第一垫板(2)上呈三点均匀分布或四点均匀分布。

4.根据权利要求3中任一项所述的装置，其特征在于，所述待压岩心(4)的上表面设有尖头朝下的尖锥造缝工具(3)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待压岩心(4)包括页岩、砂岩、碳酸盐岩、火山岩。

6.一种采用权利要求1～5所述的装置制备岩心裂缝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将待压岩心(4)除两个端面外的部分包好；

2）在包好的待压岩心(4)的两端加上尖锥造缝工具(3)，一起装入岩心筒(5)；

3）将装有待压岩心(4)的岩心筒(5)放在第一垫板(2)上，第一垫板(2)位于工作台(1)上，并将第二垫板(6)放在岩心筒(5)上；

4）操作压力机(8)，先使压力机(8)下降至接触第二垫板(6)，并开始加压，直到待压岩心(4)受到的压力在不断增大后突然大幅度降低，停止加压，记下压力的最高值；

5）卸压，取下压过的岩心(4)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若需继续加工其它的岩心(4)，则换一块岩心(4)，重复步骤1）～5）。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2）中若包好的待压岩心(4)的两端加上尖锥造缝工具(3)一起装入岩心筒(5)时岩心筒(5)的一端面或两端面还高出尖锥造缝工具(3)，则向岩心筒(5)内装入金属垫块直至两端均凸出岩心筒(5)的两端面，一起放置在压力机(8)上。