CN114136790A - 一种水压致裂全过程应力测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水压致裂全过程应力测试方法，所述测试方法基于水压致裂全过程应力测试装置，所述水压致裂全过程应力测试装置包括围压油缸，所述围压油缸固定至固定支架上，所述围压油缸内部形成压力室，所述压力室中设有软质套筒，所述软质套筒内套有岩石样本，所述固定支架上设有加压活塞，所述加压活塞的下端穿入围压油缸内并作用至软质套筒顶面；还包括进水管和出水管，所述岩石样本的中部设有自上而下贯穿的钻孔。本发明能够对岩石样本的水压致裂的全过程进行精确监测，能够合理确定岩石样本在水压作用下的启裂压力和致裂压力。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，尤其是涉及一种水压致裂全过程应力测试装置。
背景技术
水压致裂技术的研究是随着石油和天然气的开发而发展起来的，在石油工业中，水压致裂技术一直是石油和天然气增产的重要措施，该技术的核心便是增加钻孔内的液体压力使其超过钻孔周边岩石本身的强度而发生破裂，随着压裂液体的持续注入，岩石内部产生的裂缝也不断扩展，以达到增大接触面积，进而增产的目的。
岩石的水压致裂的本质就是岩石在水压作用下微裂纹萌生、扩展、贯通，直到最后宏观裂纹产生导致岩石破坏的过程，该技术在许多岩石工程中也得到了应用，例如大型地下洞室稳定、核废料的地下储藏、水库大坝安全、隧洞围岩突涌水判断等领域。1959年12月2日，法国Malpasset拱坝在初次蓄水时即发生全坝溃决，便是典型的水力致裂作用所造成的工程事故例子。
但是，由于岩石本身的非均匀性及孔隙结构的负责分布，使得其在水压作用下的破裂过程十分复杂，所以，如何确定岩石的致裂应力是许多岩石工程建设需要解决的重点难题。
因此，亟需提供一种水压致裂全过程应力测试装置。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种水压致裂全过程应力测试方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
一种水压致裂全过程应力测试方法，其特征在于：所述水压致裂全过程应力测试方法基于水压致裂全过程应力测试装置，所述水压致裂全过程应力测试装置包括围压油缸，所述围压油缸固定至固定支架上，所述围压油缸内部形成压力室，所述压力室中设有软质套筒，所述软质套筒内套有岩石样本，所述固定支架上设有加压活塞，所述加压活塞的下端穿入围压油缸内并作用至软质套筒顶面；所述水压致裂全过程应力测试装置还包括进水管和出水管，所述岩石样本的中部设有自上而下贯穿的钻孔，所述进水管的一端与岩石样本的钻孔相连通，另一端与压力泵的出水口相连通，所述进水管上设有压力传感器；所述出水管的一端穿入软质套筒并置于岩石样本底面的边缘处，另一端与储水容器相连通；
所述水压致裂全过程应力测试方法包括：将岩石样本加工成100 mm×50 mm，钻孔的直径为20 mm，并将岩石样本放入至围压油缸内的压力室中，利用加压活塞和围压油缸对被软质套筒所包绕的岩石样本施加垂直应力和水平应力；在致裂测试开始前，岩石样本先以极低的流量被纯水所饱和，直至进水管上的压力传感器上监测到的压力达到1 MPa，然后向钻孔中以恒定的流速注入水，直至压力传感器的读数达到设计值，分别记录钻孔加压速率和钻孔压力随时间的变化关系，并绘制变化关系曲线图，两条变化关系曲线相交的点即为钻孔周边岩石的启裂压力，钻孔压力变化曲线的峰值点为岩样的致裂压力。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述软质套筒为硅胶套筒。
作为本发明的优选技术方案：所述进水管上设有进水开关。
作为本发明的优选技术方案：所述出水管上设有出水开关。
作为本发明的优选技术方案：所述水压致裂全过程应力测试装置内岩石样本为圆柱状，所述圆柱状岩石样本在其圆周侧面上设有多个凹槽，所述凹槽沿着岩石样本的轴向方向延伸且贯穿岩石岩本的底面和顶面，所述凹槽与钻孔间的间距大于凹槽的深度。
作为本发明的优选技术方案：所述凹槽与钻孔间的间距为凹槽深度的5倍以上。
本发明提供一种水压致裂全过程应力测试方法，能够对岩石样本的水压致裂的全过程进行精确监测，能够合理确定岩石样本在水压作用下的启裂压力和致裂压力，并为了更准确地模拟水压对岩石样本的作用效果，在圆柱状岩石样本的圆周侧面上设置多个沿轴向布置的凹槽，进一步加大水压对岩石样本的作用效果，确保测试效果的有效性。
附图说明
图1为本发明所提供的水压致裂全过程应力测试装置的图示；
图2为软质套筒与岩石样本的俯视图；
图3为岩石样本的侧视图；
图4为钻孔加压速率、钻孔压力随时间的变化关系曲线图。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
一种水压致裂全过程应力测试装置，包括围压油缸1，围压油缸1固定至固定支架2上，围压油缸1内部形成压力室3，压力室3中设有软质套筒4，软质套筒4内套有岩石样本5，固定支架2上设有加压活塞6，加压活塞6的下端穿入围压油缸1内并作用至软质套筒4顶面；水压致裂全过程应力测试装置还包括进水管7和出水管8，岩石样本5的中部设有自上而下贯穿的钻孔51，进水管6的一端与岩石样本5的钻孔51相连通，另一端与压力泵9的出水口相连通，进水管7上设有压力传感器10；出水管8的一端穿入软质套筒4并置于岩石样本5底面的边缘处，另一端与储水容器11相连通。
在本实施例中：软质套筒4为硅胶套筒。
在本实施例中：进水管7上设有进水开关12，同时在出水管8上设有出水开关13。
在本实施例中：水压致裂全过程应力测试装置内岩石样本5为圆柱状，圆柱状岩石样本在其圆周侧面上设有多个凹槽52，凹槽沿着岩石样本的轴向方向延伸且贯穿岩石岩本的底面和顶面，凹槽52的深度为2 mm，在本实施例中，凹槽为12个。
水压致裂全过程应力测试方法包括：将岩石样本加工成100 mm×50 mm，钻孔的直径为20 mm，并将岩石样本放入至围压油缸内的压力室中，利用加压活塞和围压油缸对被软质套筒所包绕的岩石样本施加垂直应力和水平应力；在致裂测试开始前，岩石样本先以极低的流量被纯水所饱和，直至进水管上的压力传感器上监测到的压力达到1 MPa，然后向钻孔中以恒定的流速注入水，直至压力传感器的读数达到设计值，分别记录钻孔加压速率和钻孔压力随时间的变化关系，并绘制变化关系曲线图，两条变化关系曲线相交的点即为钻孔周边岩石的启裂压力，钻孔压力变化曲线的峰值点为岩样的致裂压力。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种水压致裂全过程应力测试方法，其特征在于：所述水压致裂全过程应力测试方法基于水压致裂全过程应力测试装置，所述水压致裂全过程应力测试装置包括围压油缸，所述围压油缸固定至固定支架上，所述围压油缸内部形成压力室，所述压力室中设有软质套筒，所述软质套筒内套有岩石样本，所述固定支架上设有加压活塞，所述加压活塞的下端穿入围压油缸内并作用至软质套筒顶面；所述水压致裂全过程应力测试装置还包括进水管和出水管，所述岩石样本的中部设有自上而下贯穿的钻孔，所述进水管的一端与岩石样本的钻孔相连通，另一端与压力泵的出水口相连通，所述进水管上设有压力传感器；所述出水管的一端穿入软质套筒并置于岩石样本底面的边缘处，另一端与储水容器相连通；
所述水压致裂全过程应力测试方法包括：将岩石样本加工成100 mm×50 mm，钻孔的直径为20 mm，并将岩石样本放入至围压油缸内的压力室中，利用加压活塞和围压油缸对被软质套筒所包绕的岩石样本施加垂直应力和水平应力；在致裂测试开始前，岩石样本先以极低的流量被纯水所饱和，直至进水管上的压力传感器上监测到的压力达到1 MPa，然后向钻孔中以恒定的流速注入水，直至压力传感器的读数达到设计值，分别记录钻孔加压速率和钻孔压力随时间的变化关系，并绘制变化关系曲线图，两条变化关系曲线相交的点即为钻孔周边岩石的启裂压力，钻孔压力变化曲线的峰值点为岩样的致裂压力。
2.根据权利要求1所述的水压致裂全过程应力测试方法，其特征在于：所述软质套筒为硅胶套筒。
3.根据权利要求1所述的水压致裂全过程应力测试方法，其特征在于：所述进水管上设有进水开关。
4.根据权利要求1所述的水压致裂全过程应力测试方法，其特征在于：所述出水管上设有出水开关。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的水压致裂全过程应力测试方法，其特征在于：所述水压致裂全过程应力测试装置内岩石样本为圆柱状，所述圆柱状岩石样本在其圆周侧面上设有多个凹槽，所述凹槽沿着岩石样本的轴向方向延伸且贯穿岩石岩本的底面和顶面，所述凹槽与钻孔间的间距大于凹槽的深度。
6.根据权利要求5所述的水压致裂全过程应力测试方法，其特征在于：所述凹槽与钻孔间的间距为凹槽深度的5倍以上。
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