CN104777039A - 一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置 - Google Patents
一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104777039A CN104777039A CN201410636617.2A CN201410636617A CN104777039A CN 104777039 A CN104777039 A CN 104777039A CN 201410636617 A CN201410636617 A CN 201410636617A CN 104777039 A CN104777039 A CN 104777039A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- core
- rock
- rock core
- high temperature
- rupture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置，包括加热系统、岩芯夹持系统、裂缝检测系统和测温系统。其中加热系统用于为岩芯持续加热，创造高温条件；岩芯夹持系统用于向岩芯四周施加水平应力模拟地层围压作用，同时起到固定岩芯防止其发生松动的作用；裂缝系统用于放大处理岩芯内部发出的振动波信号，记录岩芯内部结构变化，从而确定岩芯破裂时间和破裂位置；测温系统用于记录岩芯破裂温度。本发明针对岩石在高温作用下所发生的内部结构变化，实现了岩石受热后产生热破裂的实时动态观察。本发明实用性强，在观察振动波现象时可对岩石内部结构变化进行分析描述，为开展岩石在热采过程中产生破裂的研究提供一种有效的实验方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油开发领域的实验装置，特别是岩石在热采过程中受高温蒸汽作用产生裂缝的实验装置。
背景技术
在高温环境下，由于组成岩石的各种矿物热膨胀系数不同，岩石在热应力作用下会产生破裂，这种现象称为岩石的热破裂现象。岩石的热破裂研究是伴随着核废料的存储、石油开采、地热资源的开发利用等研究而发展起来的。例如，在石油的开采过程中，利用岩石的热破裂特性，可以诱发岩石破裂，达到提高储层渗透性的目的，同时加热后降低了原油粘度，有助于提高原油产量。因而，岩石在高温作用下的热破裂研究对实际工程意义重大。
目前，岩石热破裂研究常用的实验手段包括单轴抗压蠕变实验、高温高压三轴应力实验、电镜扫描技术、核磁共振技术等。单轴抗压蠕变实验可以反映温度和时间对岩石变形特性和强度特性的影响规律，但由于其只在单轴方向施加围压，无法模拟真实岩石受热产生裂缝的整个完整过程；高温高压三轴应力实验通过对岩石施加三轴方向上的围压作用，能够模拟得到岩体裂隙的本构关系和脆-塑性变形的转化关系，但岩石内部的裂缝分布情况是不可观的；通过电镜扫描技术可以实时、动态地观察岩石在载荷作用下的细观变形和强度特性，揭示应力水平对裂纹产生和扩展的影响，但是其切片过程可能破坏岩石微损伤结构，无法定量检测岩石破裂后的裂缝分布情况；通过核磁共振技术可以观察岩石微裂缝演化和分形特征，样品不需要经过任何处理，所得结果不受外界因素干扰，较能反应试样的实际情况，但其成像时间长、空间分辨率低且价格昂贵，应用受到很大的限制。
发明内容
本实验的目的是要提供一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置，用于认识岩石在稠油油藏热采开发过程中受高温蒸汽作用产生裂缝的条件和裂缝分布特征。
为实现上述目的，本发明提供的一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置，包括加热系统、岩芯夹持系统、裂缝检测系统和测温系统。其中加热系统由加热棒和电源组成；岩芯夹持系统由岩芯和岩芯夹持器组成，其特征是岩芯夹持器通过螺旋杆和千斤顶螺母向岩芯四周施加水平应力并固定岩芯防止其发生松动，岩芯尺寸为100mm×100mm×100mm；裂缝检测系统包括接收振动波信号的加速度计、数据采集系统和电脑显示屏，该系统可通过数据采集系统放大处理岩芯内部发出的信号波，反馈到计算机显示振动波的波动情况，记录岩芯内部结构变化，从而确定岩芯破裂时间和破裂位置；测温系统由温度传感器和测温仪组成，用于记录破裂温度。
上述岩芯采用天然岩芯(为了确保岩芯的完整性，在天然岩芯外围浇注水泥砂浆)，尺寸为100mm×100mm×100mm。
上述加热棒初期加热速率为10℃/min，接近200℃时，改为5℃/min。
上述岩芯夹持器由螺旋杆和千斤顶螺母组成，通过岩芯夹持器模拟施加的水平围压为2～5MPa。
上述多测点岩芯温度传感器精度为(0.30+0.005*|t|)℃。
上述裂缝检测系统采样频率为2500kHz，采样长度为2048点数，参数间隔为2000μm。
上述测温仪测量温度范围为0～300℃，测量精度为±1℃。
本发明是在岩石高温高压三轴变形实验的基础上，将岩芯在高温条件下产生的破裂情况通过裂缝检测系统和测温仪记录下来，获得不同时刻和不同岩芯位置处的振动波图像，通过分析图像的变化判断岩芯产生破裂的条件，实现了岩石在高温作用下产生热破裂的实时动态观察。
附图说明
图1为依据本发明所提供的应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置示意图。
图2为本发明所提供的实验装置中岩芯夹持器的顶部俯视图。
图3为本发明所提供的实验装置中岩芯夹持器的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置，包括加热系统、岩芯夹持系统、裂缝检测系统和测温系统。其中加热系统由电源1和加热棒2组成，加热棒2一端与电源1相连，另一端插入到填充有电解质的岩芯凹槽11中，用于充分加热岩芯；在岩芯夹持系统中，岩芯3位于岩芯夹持器4中心位置，通过螺旋杆5和千斤顶螺母12向岩芯四周施加水平应力并固定岩芯防止其发生松动，螺旋杆5和千斤顶螺母12通过加力手柄13固定在岩芯夹持器4上，岩芯3四周与螺旋杆5之间有钢块垫片14，用于保证岩芯面上均匀受力，岩芯侧面上分布有加速度计触点15，岩芯顶面上分布有温度传感器触点16，分别用于连接加速度计6和温度传感器7；在裂缝检测系统中，加速度计6一端与岩芯3相连，另一端连接数据采集仪8，用于接收岩芯受热破裂后发出的振动波信号并及时发送到数据采集仪8中，再通过数据采集仪8放大处理岩芯内部发出的信号波，反馈到计算机9中显示出振动波的波动情况，记录岩芯内部结构变化，从而确定岩芯破裂时间和破裂位置；在测温系统中，温度传感器7一端与岩芯3相连接，另一端连接测温仪10，通过温度传感器7将接收到的岩芯温度信号传递到测温仪10中用于记录破裂温度。
本发明工作时，首先通过岩芯夹持系统将岩芯3固定在夹持器4中，并用螺旋杆5和千斤顶螺母12向岩芯四周施加水平围压，然后通过加热系统对岩芯进行加热处理，岩芯四周通过加速度计6和温度传感器7分别与数据采集仪8和测温仪10相连接，数据采集仪8将放大的振动波信号波反馈到计算机9中，进行实时动态的记录岩芯内部振动波信号，当计算机显示岩芯内部发生破裂现象时，用测温仪10记录此时岩芯内部温度即为破裂温度。
本发明针对实现了岩石在高温作用下产生热破裂的实时动态观察。本发明实用性强，在观察裂缝破裂现象时可对岩石内部结构变化进行分析描述，为开展岩石在热采过程中产生破裂的研究提供一种有效的实验方法。
Claims (3)
1.一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置，包括加热系统、岩芯夹持系统、裂缝检测系统和测温系统。其中加热系统由加热棒和电源组成；岩芯夹持系统由岩芯和岩芯夹持器组成，其特点是岩芯夹持器通过螺旋杆和千斤顶螺母向岩芯四周施加水平应力并固定岩芯防止其发生松动，岩芯尺寸为100mm×100mm×100mm；裂缝检测系统包括接收振动波信号的加速度计、数据采集系统和电脑显示屏，该系统可通过数据采集系统放大处理岩芯内部发出的信号波，反馈到计算机显示振动波的波动情况，记录岩芯内部结构变化，从而确定岩芯破裂时间和破裂位置；测温系统由温度传感器和测温仪组成，用于记录破裂温度。
2.根据权利要求1所述的应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置，其特征在于，岩芯用螺旋杆和千斤顶螺母夹持住，既可起到固定岩芯作用又可向岩芯四周施加水平地应力作用。
3.根据权利要求1所述的应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置，其特征在于，岩芯与加速度计和温度传感器分别连接，可通过数据采集系统记录破裂产生时间和产生位置，通过测温仪记录破裂温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410636617.2A CN104777039A (zh) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | 一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410636617.2A CN104777039A (zh) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | 一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104777039A true CN104777039A (zh) | 2015-07-15 |
Family
ID=53618648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410636617.2A Pending CN104777039A (zh) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | 一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104777039A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107153032A (zh) * | 2016-03-02 | 2017-09-12 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种可控温度的岩石抗压强度测试系统及方法 |
| CN107843494A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-03-27 | 山东科技大学 | 一种岩石摩擦实验装置 |
| CN108387712A (zh) * | 2018-02-23 | 2018-08-10 | 山东科技大学 | 一种煤岩单向受热和双向受力模拟实验系统及方法 |
| CN108414359A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-08-17 | 中国矿业大学 | 一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统及方法 |
| CN109298010A (zh) * | 2017-07-25 | 2019-02-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种检测岩芯高温熔融特征的系统 |
| CN109709135A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-05-03 | 太原理工大学 | 一种岩石热冲击破裂过程中热冲击因子的测定方法 |
| CN110487647A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-11-22 | 中南大学 | 一种简易式落锤冲击试验围压加载装置及实验方法 |
| CN113092591A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-09 | 山东科技大学 | 一种岩石在单轴加热条件下声发射主频提取的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003050188A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-21 | Ichiro Shimizu | 二軸圧縮装置 |
| US20050017723A1 (en) * | 2003-07-25 | 2005-01-27 | Schlumberger Technology Corporation, Incorporated In The State Of Texas | Evaluation of fracture geometries in rock formations |
| CN1773240A (zh) * | 2004-11-12 | 2006-05-17 | 香港理工大学 | 用于岩土力学性能测试的真三维测试系统 |
| CN102031955A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-04-27 | 中国石油大学(华东) | 一种超声波辅助储层化学解堵实验装置及实验方法 |
| CN102748018A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-10-24 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种稠油油藏注气吞吐采油物理模拟实验装置和方法 |
| CN103821487A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-05-28 | 中国石油大学(华东) | 一种用于稠油热采储层破裂的模拟实验装置 |
| CN104101647A (zh) * | 2013-04-15 | 2014-10-15 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统及方法 |
-
2014
- 2014-11-13 CN CN201410636617.2A patent/CN104777039A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003050188A (ja) * | 2001-08-06 | 2003-02-21 | Ichiro Shimizu | 二軸圧縮装置 |
| US20050017723A1 (en) * | 2003-07-25 | 2005-01-27 | Schlumberger Technology Corporation, Incorporated In The State Of Texas | Evaluation of fracture geometries in rock formations |
| CN1773240A (zh) * | 2004-11-12 | 2006-05-17 | 香港理工大学 | 用于岩土力学性能测试的真三维测试系统 |
| CN102031955A (zh) * | 2010-09-27 | 2011-04-27 | 中国石油大学(华东) | 一种超声波辅助储层化学解堵实验装置及实验方法 |
| CN102748018A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-10-24 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种稠油油藏注气吞吐采油物理模拟实验装置和方法 |
| CN104101647A (zh) * | 2013-04-15 | 2014-10-15 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种模拟储层条件的岩石超声波速度测试系统及方法 |
| CN103821487A (zh) * | 2014-03-20 | 2014-05-28 | 中国石油大学(华东) | 一种用于稠油热采储层破裂的模拟实验装置 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107153032A (zh) * | 2016-03-02 | 2017-09-12 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种可控温度的岩石抗压强度测试系统及方法 |
| CN109298010A (zh) * | 2017-07-25 | 2019-02-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种检测岩芯高温熔融特征的系统 |
| CN107843494A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-03-27 | 山东科技大学 | 一种岩石摩擦实验装置 |
| CN107843494B (zh) * | 2017-12-28 | 2024-06-07 | 山东科技大学 | 一种岩石摩擦实验装置 |
| CN108414359A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-08-17 | 中国矿业大学 | 一种实时高温条件下含孔道岩样常规三轴压缩系统及方法 |
| CN108387712A (zh) * | 2018-02-23 | 2018-08-10 | 山东科技大学 | 一种煤岩单向受热和双向受力模拟实验系统及方法 |
| CN108387712B (zh) * | 2018-02-23 | 2021-04-13 | 山东科技大学 | 一种煤岩单向受热和双向受力模拟实验系统及方法 |
| CN109709135A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-05-03 | 太原理工大学 | 一种岩石热冲击破裂过程中热冲击因子的测定方法 |
| CN109709135B (zh) * | 2018-11-29 | 2021-04-06 | 太原理工大学 | 一种岩石热冲击破裂过程中热冲击因子的测定方法 |
| CN110487647A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-11-22 | 中南大学 | 一种简易式落锤冲击试验围压加载装置及实验方法 |
| CN110487647B (zh) * | 2019-07-23 | 2020-09-25 | 中南大学 | 一种简易式落锤冲击试验围压加载装置及实验方法 |
| CN113092591A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-09 | 山东科技大学 | 一种岩石在单轴加热条件下声发射主频提取的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104777039A (zh) | 一种研究应力作用下岩石高温产生热破裂的实验装置 | |
| Xing et al. | Full-field measurement and fracture characterisations of rocks under dynamic loads using high-speed three-dimensional digital image correlation | |
| CN105424495B (zh) | 一种热力耦合条件下煤岩薄板平面应力状态试验装置与试验方法 | |
| Zhang et al. | A review of dynamic experimental techniques and mechanical behaviour of rock materials | |
| Lavoie et al. | Bird's substitute tests results and evaluation of available numerical methods | |
| Fu et al. | Tension testing of polycarbonate at high strain rates | |
| Payan et al. | Quantitative linear and nonlinear resonance inspection techniques and analysis for material characterization: Application to concrete thermal damage | |
| Ma et al. | Characteristics of infrared radiation of coal specimens under uniaxial loading | |
| CN101520317B (zh) | 基于光纤应变传感的岩石变形破裂三维动态测试系统 | |
| CN103868993B (zh) | 岩石三轴单样法多级屈服点的声学判别方法及装置 | |
| CN107687973B (zh) | 利用霍普金森压杆测试岩石材料动态点载荷强度的方法 | |
| CN105606454B (zh) | 用于岩体裂纹扩展下温度‑应力场耦合的强度测试装置 | |
| CN108204916B (zh) | 一种贯通裂隙的剪切-低温耦合实验装置和方法 | |
| US20150035950A1 (en) | Integration of Digital Image Correlation with Acoustic Emission | |
| CN103994716A (zh) | 一种分布式岩石变形测量方法 | |
| CN103994928A (zh) | 一种岩石定向挤压断裂过程的力学声学联合测试方法 | |
| Hosoya et al. | Axial force measurement of the bolt/nut assemblies based on the bending mode shape frequency of the protruding thread part using ultrasonic modal analysis | |
| CN106556616B (zh) | 一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法 | |
| CN107991186B (zh) | 含裂隙类岩石抗拉强度测试用试验装置及方法 | |
| CN103323350A (zh) | 一种沥青混合料动态模量测试方法 | |
| CN103792151A (zh) | 脆性材料动态拉伸裂纹扩展速度的测量装置及测量方法 | |
| Li et al. | Experimental evaluation of the transient propagation fracture properties of rocks under dynamic mode I loading: An insight from digital image correlation | |
| CN104198313A (zh) | 一种基于仪器化压入技术的残余应力检测方法 | |
| WO2024131209A1 (zh) | 盆式绝缘子残余应力的成像方法、系统及试块制备方法 | |
| CN202083674U (zh) | 大型热态铸锻件热处理裂纹在线检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150715 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |