CN110095353B - 原位岩石剪切增渗性能测定装置 - Google Patents

原位岩石剪切增渗性能测定装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种原位岩石剪切增渗性能测定装置，包括：压裂釜，其侧壁设置有注入孔和排出孔，顶壁和底壁设置有渗流入孔和渗流出孔；其顶壁和底壁设置有上固定夹持杆、下固定夹持杆、上移动夹持杆和下移动夹持杆，上下固定夹持杆之间、上下移动夹持杆之间能夹持待测试岩样；压裂釜底壁和下移动夹持杆之间设置复位弹簧；下移动夹持具有向下移动的自由度；上移动夹持杆的上端用于承接轴向向下的作用力；压裂釜的顶壁和底壁设置有入渗凹槽和出渗凹槽，入渗凹槽与出渗凹槽通过上移动夹持杆、待测试岩样的断裂面及下移动夹持杆连通。本发明实施例可以实现岩石在原位条件下发生剪切破坏产生天然裂缝，进而研究天然裂缝剪切滑移增渗特性。

Description

原位岩石剪切增渗性能测定装置
技术领域
本发明涉及岩石性能测试领域，尤其涉及一种原位岩石剪切增渗性能测定装置。
背景技术
本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
深部非常规油气资源及地热能资源是我国未来重要的接替能源。深部岩石面临高地应力、高温、高孔隙压力等“三高”特征，给岩石力学性质测试带来了前所未有的挑战。深部非常规油气储层及地热储层基质渗透率极低，但是天然裂缝发育，水力压裂有效激活天然裂缝、裂缝剪切滑移成网、提高储层连通性是非常规油气储层及地热储层获得良好改造效果的关键。因此，水力压裂裂缝剪切增渗的力学机制是其关键科学问题之一，也是当前学术界研究热点之一。
水力压裂裂缝剪切增渗过程是天然裂缝弱面在地应力和缝内水压力作用下发生剪切破裂，接着剪切裂缝相对摩擦滑动，形成具有一定导流能力的自支撑裂缝。岩石天然裂缝弱面的剪切强度以及剪切裂缝面摩擦滑动特性是揭示压裂裂缝剪切增渗力学机制的基础。亟需一种能够同时测量岩石弱面剪切强度、剪切裂缝摩擦滑动特性以及渗透率变化的测试装置。
测量岩石剪切强度主要有直接剪切法和拟三轴压缩试验法，分别利用岩石直剪仪和三轴岩石力学试验机完成。裂缝面摩擦滑动特性通常指摩擦系数随滑动距离的变化规律，可由直接剪切试验法、扭剪试验法和三轴压缩试验法测得。
然而，现有测试装置存在以下问题：
1)现有实验装置无法完全还原地层温度、压力条件，尤其是模拟超深井，即超过6000m时的高温高压条件；
2)现有实验装置在剪切位移和环向直径测量控制上，精度要求难以满足现有实验的要求，无法精确还原岩石剪切破坏的各个过程，为准确测试剪切强度和剪切裂缝的摩擦滑动特提供精准数据；
3)现有实验装置无法实现岩心在原位条件下发生剪切破坏，模拟天然裂缝剪切滑移过程；
4)现有实验装置无法在测量裂缝剪切滑移特性的同时监测渗透率变化。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
基于前述的现有技术缺陷，本发明实施例提供了一种原位岩石剪切增渗性能测定装置，其可以实现岩石在原位条件下发生剪切破坏产生天然裂缝，进而研究天然裂缝剪切滑移增渗特性。
为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
一种原位岩石剪切增渗性能测定装置，包括：
具有压裂腔的压裂釜，所述压裂釜的侧壁设置有与所述压裂腔连通的注入孔和排出孔，所述注入孔和排出孔分别供围压流体注入和排出；所述压裂釜的顶壁和底壁分别设置有渗流入孔和渗流出孔，所述渗流入孔和渗流出孔分别供渗流液体注入和排出；
分别设置在所述压裂釜的顶壁和底壁上的上固定夹持杆和下固定夹持杆，所述上固定夹持杆和下固定夹持杆同轴设置；且所述上固定夹持杆的下端和下固定夹持杆的上端间隔，从而所述上固定夹持杆的下端和下固定夹持杆的上端之间能夹持待测试岩样；所述围压流体作为对所述待测试岩样进行加热的中间介质；
分别设置在所述压裂釜的顶壁和底壁上的上移动夹持杆和下移动夹持杆，所述上移动夹持杆和下移动夹持杆同轴设置；且所述上移动夹持杆的下端和下移动夹持杆的上端间隔，从而所述上移动夹持杆的下端和下移动夹持杆的上端之间能夹持所述待测试岩样；
所述压裂釜的底壁和所述下移动夹持杆之间设置有复位弹簧，所述复位弹簧向所述下移动夹持杆施加向上的复位力；所述下移动夹持具有向下移动的自由度；
所述上移动夹持杆的上端伸出至所述压裂腔外，且所述上移动夹持杆的上端用于承接轴向向下的作用力，以剪切所述待测试岩样；
所述压裂釜的顶壁对应所述上移动夹持杆处设置有与所述渗流入孔连通的入渗凹槽，所述压裂釜的底壁对应所述下移动夹持杆处设置有与所述渗流出孔连通的出渗凹槽；当所述待测试岩样被剪切而产生断裂面时，所述入渗凹槽与出渗凹槽通过所述上移动夹持杆、断裂面及下移动夹持杆连通。
优选地，所述压裂釜包括缸套以及分别设置在所述缸套上端和下端的上盖和底座；所述缸套、上盖及底座分别形成所述压裂釜的侧壁、顶壁和底壁，且所述缸套、上盖及底座限定出所述压裂腔。
优选地，所述上固定夹持杆和上移动夹持杆的截面呈等直径φ的半圆形，所述下固定夹持杆和下移动夹持杆的截面亦呈等直径的半圆形；从而所述上固定夹持杆和上移动夹持杆，以及所述下固定夹持杆和下移动夹持杆均具有直壁面和圆弧壁面；所述上固定夹持杆的直壁面与所述上移动夹持杆的直壁面相贴合，所述下固定夹持杆的直壁面与所述下移动夹持杆的直壁面相贴合；
所述上固定夹持杆的直壁面和下固定夹持杆的直壁面上设置有第一渗流凹槽，所述上移动夹持杆的直壁面和下移动夹持杆的直壁面上设置有第二渗流凹槽；所述上固定夹持杆上的第一渗流凹槽与所述上移动夹持杆上的第二渗流凹槽配合形成第一渗流通道，所述下固定夹持杆上的第一渗流凹槽与所述下移动夹持杆上的第二渗流凹槽配合形成第二渗流通道；
所述第一渗流通道的上端与所述入渗凹槽连通，所述第二渗流通道的下端与所述出渗凹槽连通；当所述待测试岩样被剪切而产生断裂面时，所述第一渗流通道的下端和所述第二渗流通道的上端与所述断裂面接通。
优选地，所述下固定夹持杆的下端形成有限位结构；所述压裂釜的底壁上表面向下凹陷形成有与所述限位结构相适配的限位凹槽，所述限位结构插设在所述限位凹槽中。
优选地，所述上固定夹持杆和所述上移动夹持杆的截面均呈等直径的半圆形，且所述上固定夹持杆和所述上移动夹持杆平行，所述上固定夹持杆的直壁面和所述上移动夹持杆的直壁面相贴合。
优选地，所述下固定夹持杆和所述下移动夹持杆的截面均呈等直径的半圆形，且所述下固定夹持杆和所述下移动夹持杆平行，所述下固定夹持杆的直壁面和所述下移动夹持杆直壁面相贴合。
优选地，所述压裂釜的顶壁对应所述上固定夹持杆的位置设置有螺纹孔，所述螺纹孔中旋合有限位螺栓，所述限位螺栓的下端顶固所述上固定夹持杆的上端面。
优选地，所述下移动夹持杆的下端颈缩形成限位夹头，所述限位夹头与所述下移动夹持杆之间形成限位台阶；所述压裂釜的底壁设置有供所述限位夹头活动穿设的容置凹槽，所述复位弹簧套设在所述限位夹头外，且所述复位弹簧的上下两端偏压设置在所述限位台阶和所述容置凹槽的内壁之间。
优选地，所述复位弹簧对所述下移动夹持杆施加的向上的复位力，大于所述上移动夹持杆、下移动夹持杆及所述待测试岩样的重量之和。
优选地，在所述上移动夹持杆的上端承接的轴向向下的作用力为零的情况下，所述下移动夹持杆的下端与所述出渗凹槽的内壁之间间隔。
优选地，所述压裂腔中设置有上限位座和下限位座，所述上限位座和下限位座分别固定在所述压裂釜的顶壁和底壁上；所述上限位座设置有上限位穿孔，所述下限位座设置有下限位穿孔；所述上固定夹持杆和上移动夹持杆穿设在所述上限位穿孔中，所述下固定夹持杆和下移动夹持杆穿设在所述下限位穿孔中。
优选地，所述上限位座的下表面对应于所述上限位孔的位置处向下延伸形成有上限位套，所述下限位座的上表面对应于所述下限位孔的位置处向上延伸形成有下限位套；所述上限位套包裹所述上固定夹持杆和上移动夹持杆的外壁，所述下限位套包裹所述下固定夹持杆和下移动夹持杆的外壁。
优选地，所述压裂腔中容置有固定套筒，所述固定套筒的上下两端分别套设在所述上限位套和下限位套外；所述固定套筒内设置有热缩套，所述热缩套用于收容所述待测试岩样。
优选地，所述固定套筒外套设有环向直径引伸计，所述压裂釜的侧壁设置有可视化窗口，所述可视化窗口对应所述环向直径引伸计。
优选地，所述可视化窗口包括贯穿所述压裂釜侧壁的通孔以及镶嵌在所述通孔中的透明元件。
优选地，所述压裂釜外设置有加热组件，所述加热组件用于对加热所述压裂腔中的围压流体，进而对所述待测试岩样进行加热。
优选地，所述围压流体在被注入至所述压裂腔中之前被加热至预定温度，所述预定温度与所述待测试岩样所处地层的温度相一致。
本发明实施例的原位岩石剪切增渗性能测定装置，待测试岩样可以在等同地层条件的围压和温度下，通过注入孔注入围压流体来调节围压至合适值，通过伺服驱动设备，驱使上移动夹持杆、下移动夹持杆与上固定夹持杆、下固定夹持杆产生上下相对位移，则待测试岩样在两组夹持杆之间产生剪切破坏，形成剪切裂缝并继续摩擦滑动，渗流入孔内的渗流液体进入断裂面，与渗流出孔连通，用于剪切增渗特性研究。
测试过程中可实时记录轴向位移、轴向载荷随时间的变化，即可同时得到岩石剪切强度和剪切裂缝摩擦滑动特性以及剪切增渗特性。
参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。
针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：
图1为本发明实施例的原位岩石剪切增渗性能测定装置在容置于其中的待测试岩样被剪切滑移前的结构示意图；
图2为本发明实施例的原位岩石剪切增渗性能测定装置在容置于其中的待测试岩样被剪切滑移后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1和图2所示，本发明实施例的原位岩石剪切增渗性能测定装置包括：具有压裂腔101的压裂釜1、夹持机构及剪切机构。
压裂釜1为可拆卸结构，其包括缸套102以及分别设置在缸套102上端和下端的上盖103和底座104。由此，缸套102、上盖103及底座104分别形成压裂釜1的侧壁、顶壁和底壁，且缸套102、上盖103及底座104限定出压裂腔101。
缸套102呈两端开口的筒状，上盖103和底座104可通过紧定螺钉105固定在缸套102的上端和下端。紧定螺钉105优选为多个，多个紧定螺钉105呈环形阵列的形式沿圆周方向均匀排列。从而，通过均布的紧定螺钉105，可以实现上盖103、底座104与缸套102的均匀且稳定的固定连接，并限制上盖103和底座104位置，防止转动。
压裂釜1的侧壁设置有与压裂腔101连通的注入孔106和排出孔107。注入孔106和排出孔107用于供围压流体注入和排出。可选地，围压流体可以为液体或者气体，从而在压裂腔101内营造与地层条件等同的围压。通过注入孔106和排出孔107，可以合理调节压裂釜1内液体和气体的量，并通过对其的开闭来调节压裂釜1内压力大小。
为了还原等同地层条件的温度情况，需要对待测试岩样4进行加热升温。
在本实施例中，对待测试岩样4进行加热的热量来源，主要是围压流体。围压流体带温，从而可以作为对待测试岩样4进行加热的中间介质。
其中，围压流体带温，可以通过加热组件实时对其加热来实现。具体的，压裂釜1外可以设置有加热组件(未示出)。该加热组件可以在实验测试过程中工作，产生的热量可以透过压裂釜1的侧壁传递给容置在压裂腔101中的围压流体，从而，实现对加热压裂釜1中的围压流体进行加热和保温。围压流体被加热升温后，进而对容置在压裂釜1中的待测试岩样4进行加热。
在本实施例中，加热组件可以采用任何合适的现有的构造，例如电加热炉、水浴加热器、油浴加热器等，本发明实施例对此不作限定。
当然，围压流体带温实现方式并不限于此。例如，在一种可行的方式中，围压流体在被注入至压裂腔101中之前，即被加热至预定温度。随后，再将升温后围压流体注入到压裂釜1，进而实现对待测试岩样4的加热。
在本实施例中，压裂釜1的侧壁可以采取保温措施，以减弱带温的围压流体在实验测试过程中因与外界的辐射传热而出现较大幅度的温降。
此外，围压流体预先被加热到的预定温度与待测试岩样4所处地层的温度相一致。其中，温度相一致的解释为，预定温度与待测试岩样4所处地层的温度大致相等，两者之间的差值可以在一定公差范围波动。
压裂釜1的顶壁和底壁分别设置有渗流入孔108和渗流出孔109，渗流入孔108和渗流出孔109用于供渗流液体注入和排出，用于剪切增渗特性的研究。
夹持机构包括分别设置在压裂釜1的顶壁和底壁上的上固定夹持杆2和下固定夹持杆3，上固定夹持杆2和下固定夹持杆3处于同一轴线，即同轴设置。且上固定夹持杆2的下端和下固定夹持杆3的上端间隔，从而上固定夹持杆2的下端和下固定夹持杆3的上端之间能够夹持待测试岩样4。
剪切机构包括分别设置在压裂釜1的顶壁和底壁上的上移动夹持杆5和下移动夹持杆6，上移动夹持杆5和下移动夹持杆6处于同一轴线，亦即同轴设置。且上移动夹持杆5的下端和下移动夹持杆6的上端也是间隔的，从而上移动夹持杆5的下端和下移动夹持杆6的上端之间能夹持待测试岩样4。
上固定夹持杆2和上移动夹持杆5的截面呈等直径φ的半圆形，下固定夹持杆3和下移动夹持杆6的截面亦呈等直径φ的半圆形。这样，上固定夹持杆2和上移动夹持杆5，以及下固定夹持杆3和下移动夹持杆6均具有直壁面和圆弧壁面。
上固定夹持杆2和上移动夹持杆5平行设置，下固定夹持杆3和下移动夹持杆6平行设置。且上固定夹持杆2的直壁面和上移动夹持杆5的直壁面相贴合，下固定夹持杆3的直壁面和下移动夹持杆6的直壁面相贴合。这样，上固定夹持杆2和上移动夹持杆5拼合形成一直径为φ的完整圆柱体，下固定夹持杆3和下移动夹持杆6亦拼合形成一直径为φ的完整圆柱体。
待测试岩样4可呈直径为φ的圆柱状，从而，上固定夹持杆2的下端面和上移动夹持杆5的下端面恰好可完整的覆盖待测试岩样4的上表面，下固定夹持杆3的上端面和下移动夹持杆6的上端面恰好也可完整的覆盖待测试岩样4的下表面。
进一步地，上固定夹持杆2的直壁面和下固定夹持杆3的直壁面上设置有第一渗流凹槽(未示出)，上移动夹持杆5的直壁面和下移动夹持杆6的直壁面上设置有第二渗流凹槽(未示出)。在本实施例中，第一渗流凹槽和第二渗流凹槽的截面均可以呈半圆形，并同心设置在对应的夹持杆的直壁面上。
当上固定夹持杆2和上移动夹持杆5拼合在一起时，上固定夹持杆2上的第一渗流凹槽与上移动夹持杆5上的第二渗流凹槽则配合形成呈圆柱状的第一渗流通道。同样的，当下固定夹持杆3和下移动夹持杆6拼合在一起时，下固定夹持杆3上的第一渗流凹槽与下移动夹持杆6上的第二渗流凹槽配合形成呈圆柱状的第二渗流通道。
其中，第一渗流通道贯穿由上固定夹持杆2和上移动夹持杆5拼合形成的圆柱体的轴向，第二渗流通道同样贯穿由下固定夹持杆3和下移动夹持杆6拼合形成的圆柱体的轴向。这样，第一渗流通道的上下端开口，而第二渗流通道的上下端亦是开口的。
如此，第一渗流通道可通过上端开口与入渗凹槽111连通，第二渗流通道可通过下端开口与出渗凹槽112连通。而由于上固定夹持杆2和上移动夹持杆5的下端顶固待测试岩样4的上表面，下固定夹持杆3和下移动夹持杆6的上端顶固待测试岩样4的下表面。因此，第一渗流通道的下端开口对准待测试岩样4的上表面，第二渗流通道的上端开口对准待测试岩样4的下表面。
因此，当待测试岩样4被剪切而产生断裂面时，第一渗流通道的下端和第二渗流通道的上端与断裂面接通。如此，渗流液体可以经第一渗流通道流向待测试岩样4的断裂面，再由断裂面流向第二渗流通道，并最终经渗流出孔109流出。
下固定夹持杆3的下端形成有限位结构，该限位结构的截面形状可呈多边形(三角形、四边形、六边形等)、半圆形等。当限位结构的截面形状呈半圆形时，其直径小于下固定夹持杆3的半圆形截面的直径φ，且这两个半圆形截面形状同心设置。
与之相配合的，压裂釜1的底壁上表面向下凹陷形成有与限位结构相适配的限位凹槽，限位结构插设在限位凹槽中。由此，通过相适配的限位结构和限位凹槽，可以对下固定夹持杆3进行周向限位，防止其转动。
压裂釜1的顶壁对应上固定夹持杆2的位置设置有螺纹孔，螺纹孔中旋合有限位螺栓7，限位螺栓7的下端顶固上固定夹持杆2的上端面。通过旋转限位螺栓7，可以使其下端顶紧上固定夹持杆2，进而将待测试岩样4牢固的夹紧在上固定夹持杆2和下固定夹持杆3之间。
压裂釜1的底壁和下移动夹持杆6之间偏压设置有复位弹簧8，复位弹簧8用于向下移动夹持杆6施加向上的复位力，且下移动夹持杆6具有向下移动的自由度。
如图1所示，下移动夹持杆6的下端颈缩形成限位夹头601，限位夹头601与下移动夹持杆6之间形成限位台阶602。压裂釜1的底壁设置有供限位夹头601活动穿设的容置凹槽110，复位弹簧8套设在限位夹头601外并位于容置凹槽110中，复位弹簧8的上下两端偏压在限位台阶602和容置凹槽110的内壁之间。
为了使下移动夹持杆6具有向下移动的自由度，复位弹簧8被配置为对下移动夹持杆6施加的向上的复位力，大于上移动夹持杆5、下移动夹持杆6及待测试岩样4的重量之和。这样，在上移动夹持杆5的上端承接的轴向向下的作用力为零，即外部的驱动设备未向上移动夹持杆5施加向下的作用力的情况下，下移动夹持杆6的下端与出渗凹槽112的内壁之间间隔。
如图1所示，上移动夹持杆5的上端伸出至压裂腔101外，用于承接轴向向下的作用力，以剪切待测试岩样4。具体的，压裂釜1的顶壁设置有孔道，上移动夹持杆5的上端经该孔道穿出至压裂腔101外。
压裂釜1的顶壁对应上移动夹持杆5处设置有与渗流入孔108连通的入渗凹槽111，压裂釜1的底壁对应下移动夹持杆6处设置有与渗流出孔109连通的出渗凹槽112。当待测试岩样4被剪切而产生断裂面时，入渗凹槽111与出渗凹槽112通过上移动夹持杆5、断裂面及下移动夹持杆6连通。
具体的，轴向向下的作用力，可以由伺服驱动设备产生。伺服驱动设备下压上移动夹持杆5，使得上移动夹持杆5、下移动夹持杆6与上固定夹持杆2、下固定夹持杆3产生上下相对位移。此时待测试岩样4在两组夹持杆之间产生剪切破坏，形成剪切裂缝并继续摩擦滑动，渗流入孔108内的渗流液体经第一渗流通道进入断裂面，再由第二渗流通道进入出渗凹槽112，并最终经渗流出孔109流出，从而用于剪切增渗特性的研究。
如图1和图2所示，压裂腔101中设置有上限位座9和下限位座10，上限位座9和下限位座10分别固定在压裂釜1的顶壁和底壁上。上限位座9和下限位座10分别设置有上限位穿孔和下限位穿孔，上固定夹持杆2和上移动夹持杆5穿设在上限位穿孔中，下固定夹持杆3和下移动夹持杆6穿设在下限位穿孔中。
上限位座9和下限位座10处于同一轴线上，从而保证待测试岩样4具有较佳的居中度。
由上文可知，上固定夹持杆2与上移动夹持杆5、下固定夹持杆3和下移动夹持杆6拼合形成圆柱体。因此，上限位穿孔和下限位穿孔呈圆形孔，以与该圆柱体相适配。
上限位座9、下限位座10的侧壁与压裂釜1的内壁之间设置有密封圈11，以实现对压裂腔101的密封，从而避免漏压或泄压，实现围压的营造。并避免防止压裂釜1内压力波动，避免对外界造成影响。
上限位座9的下表面对应于上限位孔的位置处向下延伸形成有上限位套901，下限位座10的上表面对应于下限位孔的位置处向上延伸形成有下限位套1001。上限位套901和下限位套1001大致呈筒状，上限位套901包裹上固定夹持杆2和上移动夹持杆5的外壁，下限位套1001包裹下固定夹持杆3和下移动夹持杆6的外壁。从而，上限位套901、下限位套1001不仅可以分别对上固定夹持杆2、上移动夹持杆5及下固定夹持杆3、下移动夹持杆6起到限位作用，还可以对上移动夹持杆5和下移动夹持杆6的上下移动起到引导和扶正的作用。
进一步地，压裂腔101中容置有固定套筒11，固定套筒11的上下两端分别套设在上限位套901和下限位套1001外。从而，固定套筒11顶撑在上限位套901和下限位套1001之间，实现上限位套901和下限位套1001的固定。
此外，固定套筒11内可以设置有用于收容待测试岩样4的热缩套12。热缩套12具有较佳的变形性能，从而在容置待测试岩样4时，不会影响和阻碍待测试岩样4在被剪切时的变形。
固定套筒11外套设有环向直径引伸计13，压裂釜1的侧壁设置有对应环向直径引伸计13的可视化窗口14。可视化窗口14包括贯穿压裂釜1侧壁的通孔1401以及镶嵌在通孔1401中的透明元件1402(例如透明树脂)。
环向直径引伸计13的高度与待测试岩样4中心位置平齐，当待测试岩样4发生剪切破坏时，通过可视化窗口14可观察由于剪切破坏而引起待测试岩样4在轴向上的周长的变化。
如图1所示，实际应用时，按照底座104、下限位座10、下移动夹持杆6、复位弹簧8、下固定夹持杆3、固定套筒11和缸套102的顺序依次组装好，通过紧定螺钉105将缸套102和底座104固定好。将打磨好的φ50*50mm待测试岩样4装入热缩套12中，放入固定套筒11内，压实安装，固定环向直径引伸计13。然后依次将上移动夹持杆5、上固定夹持杆2、上限位座9和上盖103安装，通过紧定螺钉105将上盖103和缸套102固定好。其中，紧定螺纹孔105呈环状在上盖103上周向均匀分布，共12个，安装时按照对角顺序安装，以实现上盖103与缸套102之间平行安装，确保良好密封性。随后，再将限位螺栓7调整到合适位置，夹紧待测试岩样4，通过注入孔106注入围压流体，对待测试岩样4施加围压到预定值。组装完毕后，将整套装置置于动力装置下，缓慢驱动上移动夹持杆5下压。
待测试岩样4在两组夹持杆之间产生剪切破坏，形成剪切裂缝并继续摩擦滑动，渗流入孔108内的渗流液体进入断裂面，与渗流出孔109连通，用于剪切增渗特性研究。测试过程中可实时记录轴向位移、轴向载荷随时间的变化，即可同时得到岩石剪切强度和剪切裂缝摩擦滑动特性以及剪切增渗特性。
本发明实施例的原位岩石剪切增渗性能测定装置，待测试岩样4可以在等同地层条件的围压和温度下，通过注入孔106注入围压流体来调节围压至合适值，通过伺服驱动设备，驱使上移动夹持杆5、下移动夹持杆6与上固定夹持杆2、下固定夹持杆3产生上下相对位移，则待测试岩样4在两组夹持杆之间产生剪切破坏，形成剪切裂缝并继续摩擦滑动，渗流入孔108内的渗流液体进入断裂面，与渗流出孔109连通，用于剪切增渗特性研究。
测试过程中可实时记录轴向位移、轴向载荷随时间的变化，即可同时得到岩石剪切强度和剪切裂缝摩擦滑动特性以及剪切增渗特性。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (16)

1.一种原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，包括：
具有压裂腔的压裂釜，所述压裂釜的侧壁设置有与所述压裂腔连通的注入孔和排出孔，所述注入孔和排出孔分别供围压流体注入和排出；所述压裂釜的顶壁和底壁分别设置有渗流入孔和渗流出孔，所述渗流入孔和渗流出孔分别供渗流液体注入和排出；
分别设置在所述压裂釜的顶壁和底壁上的上固定夹持杆和下固定夹持杆，所述上固定夹持杆和下固定夹持杆同轴设置；且所述上固定夹持杆的下端和下固定夹持杆的上端间隔，从而所述上固定夹持杆的下端和下固定夹持杆的上端之间能夹持待测试岩样；所述围压流体作为对所述待测试岩样进行加热的中间介质；
分别设置在所述压裂釜的顶壁和底壁上的上移动夹持杆和下移动夹持杆，所述上移动夹持杆和下移动夹持杆同轴设置；且所述上移动夹持杆的下端和下移动夹持杆的上端间隔，从而所述上移动夹持杆的下端和下移动夹持杆的上端之间能夹持所述待测试岩样；
其中，所述压裂釜的底壁和所述下移动夹持杆之间设置有复位弹簧，所述复位弹簧向所述下移动夹持杆施加向上的复位力；所述下移动夹持具有向下移动的自由度；
所述上移动夹持杆的上端伸出至所述压裂腔外，且所述上移动夹持杆的上端用于承接轴向向下的作用力，以剪切所述待测试岩样；
所述压裂釜的顶壁对应所述上移动夹持杆处设置有与所述渗流入孔连通的入渗凹槽，所述压裂釜的底壁对应所述下移动夹持杆处设置有与所述渗流出孔连通的出渗凹槽；当所述待测试岩样被剪切而产生断裂面时，所述入渗凹槽与出渗凹槽通过所述上移动夹持杆、断裂面及下移动夹持杆连通；
所述上固定夹持杆和上移动夹持杆的截面呈等直径φ的半圆形，所述下固定夹持杆和下移动夹持杆的截面亦呈等直径的半圆形；从而所述上固定夹持杆和上移动夹持杆，以及所述下固定夹持杆和下移动夹持杆均具有直壁面和圆弧壁面；所述上固定夹持杆的直壁面与所述上移动夹持杆的直壁面相贴合，所述下固定夹持杆的直壁面与所述下移动夹持杆的直壁面相贴合；
所述上固定夹持杆的直壁面和下固定夹持杆的直壁面上设置有第一渗流凹槽，所述上移动夹持杆的直壁面和下移动夹持杆的直壁面上设置有第二渗流凹槽；所述上固定夹持杆上的第一渗流凹槽与所述上移动夹持杆上的第二渗流凹槽配合形成第一渗流通道，所述下固定夹持杆上的第一渗流凹槽与所述下移动夹持杆上的第二渗流凹槽配合形成第二渗流通道；
所述第一渗流通道的上端与所述入渗凹槽连通，所述第二渗流通道的下端与所述出渗凹槽连通；当所述待测试岩样被剪切而产生断裂面时，所述第一渗流通道的下端和所述第二渗流通道的上端与所述断裂面接通。
2.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述压裂釜包括缸套以及分别设置在所述缸套上端和下端的上盖和底座；所述缸套、上盖及底座分别形成所述压裂釜的侧壁、顶壁和底壁，且所述缸套、上盖及底座限定出所述压裂腔。
3.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述下固定夹持杆的下端形成有限位结构；所述压裂釜的底壁上表面向下凹陷形成有与所述限位结构相适配的限位凹槽，所述限位结构插设在所述限位凹槽中。
4.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述上固定夹持杆和所述上移动夹持杆的截面均呈等直径的半圆形，且所述上固定夹持杆和所述上移动夹持杆平行，所述上固定夹持杆的直壁面和所述上移动夹持杆的直壁面相贴合。
5.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述下固定夹持杆和所述下移动夹持杆的截面均呈等直径的半圆形，且所述下固定夹持杆和所述下移动夹持杆平行，所述下固定夹持杆的直壁面和所述下移动夹持杆直壁面相贴合。
6.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述压裂釜的顶壁对应所述上固定夹持杆的位置设置有螺纹孔，所述螺纹孔中旋合有限位螺栓，所述限位螺栓的下端顶固所述上固定夹持杆的上端面。
7.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述下移动夹持杆的下端颈缩形成限位夹头，所述限位夹头与所述下移动夹持杆之间形成限位台阶；所述压裂釜的底壁设置有供所述限位夹头活动穿设的容置凹槽，所述复位弹簧套设在所述限位夹头外，且所述复位弹簧的上下两端偏压设置在所述限位台阶和所述容置凹槽的内壁之间。
8.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述复位弹簧对所述下移动夹持杆施加的向上的复位力，大于所述上移动夹持杆、下移动夹持杆及所述待测试岩样的重量之和。
9.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，在所述上移动夹持杆的上端承接的轴向向下的作用力为零的情况下，所述下移动夹持杆的下端与所述出渗凹槽的内壁之间间隔。
10.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述压裂腔中设置有上限位座和下限位座，所述上限位座和下限位座分别固定在所述压裂釜的顶壁和底壁上；所述上限位座设置有上限位穿孔，所述下限位座设置有下限位穿孔；所述上固定夹持杆和上移动夹持杆穿设在所述上限位穿孔中，所述下固定夹持杆和下移动夹持杆穿设在所述下限位穿孔中。
11.如权利要求10所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述上限位座的下表面对应于所述上限位孔的位置处向下延伸形成有上限位套，所述下限位座的上表面对应于所述下限位孔的位置处向上延伸形成有下限位套；所述上限位套包裹所述上固定夹持杆和上移动夹持杆的外壁，所述下限位套包裹所述下固定夹持杆和下移动夹持杆的外壁。
12.如权利要求11所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述压裂腔中容置有固定套筒，所述固定套筒的上下两端分别套设在所述上限位套和下限位套外；所述固定套筒内设置有热缩套，所述热缩套用于收容所述待测试岩样。
13.如权利要求12所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述固定套筒外套设有环向直径引伸计，所述压裂釜的侧壁设置有可视化窗口，所述可视化窗口对应所述环向直径引伸计。
14.如权利要求13所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述可视化窗口包括贯穿所述压裂釜侧壁的通孔以及镶嵌在所述通孔中的透明元件。
15.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述压裂釜外设置有加热组件，所述加热组件用于对加热所述压裂腔中的围压流体，进而对所述待测试岩样进行加热。
16.如权利要求1所述的原位岩石剪切增渗性能测定装置，其特征在于，所述围压流体在被注入至所述压裂腔中之前被加热至预定温度，所述预定温度与所述待测试岩样所处地层的温度相一致。
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