CN114199688A - 一种煤岩压裂三轴加载试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤岩压裂三轴加载试验方法,包括以下步骤:S10:取样;S20:在该试件一端端面中心位置开设注浆盲孔,在该注浆盲孔孔底位置处设有应变片和压力传感器;S30:将试件放入封闭试验室内;S40:插入注浆管;S50:对试件三轴逐步加压;S50:对试件逐步进行三轴加压;S60:注浆和数据采集;S70:岩相组织观测;S80:对比实验数据,并形成图表。本设计中,通过应变片和CT设备分别获取试件压裂试验数据,试验完成后,对两组数据对比,提高试验检测精度。
Description
技术领域
本发明属于煤岩试验领域,尤其是涉及一种煤岩压裂三轴加载试验方法。
背景技术
工业生产中,为获取深部地层的煤岩层状况,人为模拟煤岩层所处环境,即对煤岩进行水力压裂试验,帮助人类认识煤岩层裂缝扩展机理,并通过模拟地层条件下的压裂试验,对煤岩层裂缝扩展物理过程监测,并对煤岩层已形成的裂缝直接观察和监控。因此怎样精准模拟地下煤岩受力及压力状况成为本领域技术人员要解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种煤岩压裂三轴加载试验方法,以通过模拟煤岩三向受力作用下裂纹产生、扩展情况以及岩相组织变化状况。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种煤岩压裂三轴加载试验方法,包括以下步骤:
S10:取样:
将煤岩加工成圆柱状标准试件;
S20:在该试件一端端面中心位置开设注浆盲孔,在该注浆盲孔孔底位置处设有应变片和压力传感器;
S30:将所述试件水平方向放入封闭试验室的三轴加压机构内,该试验件被三轴加压机构的围压机构包裹,同时试件两个端面各自正对一个轴向加压件;
S40:使用引线将应变片和应变采集仪连接,用导线将压力传感器和压力检测仪连接,将注浆管插入所述注浆盲孔内,注浆管和注浆盲孔孔底留有注浆空间,注浆管和注浆盲孔孔壁密封,该注浆管和恒速恒压注浆泵连通;
S50:对试件进行三轴加压:
首先通过两个轴向加压件对试件两端加载设定的轴压压力,20-30分钟后向围压机构中通入高压液体,对试件圆周方向加载设定的围压压力;
S60:注浆和数据采集:
打开封闭试验室内的CT设备,并打开应变采集仪;
开启恒速恒压注浆泵,通过注浆管向试件内注入浆液,通过压力传感器检测浆液压力值;
注浆过程中,通过封闭试验室的CT影像实时采集试件内部变化,采集压裂数据,通过应变片及应变采集仪实时采集试件中心处组织变化状况,并采集试件中心处压裂数据;
S70:将试件取出,将试件沿内部裂缝位置剖开,通过岩相分析设备观测裂缝位置处岩相组织状况和非裂缝位置岩相组织状况;
S80:对步骤S60中应变采集仪及CT检测设备所获取的试验数据分别整理,并对比该两组试验数据,获取煤岩试件裂缝产生、生长速度分别和压力关系,并获取煤岩试件雷锋伸展状况,并形成图形和数据图表;
对比S70中裂缝位置处岩相组织和其非裂缝位置岩相组织,并形成数据图表。。
进一步的,所述步骤S40至S50之间设有步骤S45,该步骤S45为:通过封闭试验室的加热机构对试件加热,直至试件温度达到设定值,并保证试件在压裂过程中该温度值恒定。
进一步的,所述步骤S50中,试件轴压和围压分别分为两步完成,第一步各自加压至对应设定压力的60%,并在该压力下保持10分钟,然后加载剩余40%的压力。
进一步的,在步骤S50中,试件三轴加压状态保持20-30分钟后再进行步骤S60的注浆操作。
进一步的,步骤20中,所述注浆盲孔深度为试件长度的1/2。
进一步的,步骤20中,所述应变片数量为两个,其中一个应变片贴附在盲孔孔底和注浆盲孔中心线垂直设置,另一个应变片贴附在注浆盲孔孔壁上。
相对于现有技术,本发明所述的一种煤岩压裂三轴加载试验方法具有以下优势:
(1)本设计中,通过应变片和CT设备分别获取试件压裂试验数据,试验完成后,对两组数据对比,提高试验检测精度,通过岩相分析设备观测煤岩压裂后岩相组织变化状况,获取裂缝伸展和岩相之间关系,对煤岩受力后内部变化进行更全面分析。
(2)本设计中,对试件三轴加压过程逐步进行,首先对试件施加轴压,保持轴压稳定然后施加围压,试件三轴加压一定时间后进行注浆作业,模拟地下煤岩实际应力状况,提高试验数据精准度。
(3)本设计中,在试件中心位置处设置了压力传感器和应变片,获取压裂试验过程中试件内裂纹和压力之间实时变化状况,并获取裂纹随压力变化状况,由此获取煤岩裂变过程的细观过程。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本实施例所述的一种煤岩压裂三轴加载试验方法原理图;
附图标记说明:
1-封闭试验室;2-试件;3-注浆管;4-恒速恒压注浆泵;5-浆桶;6-应变片;7-应变采集仪;8-CT设备。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种煤岩压裂三轴加载试验方法,包括以下步骤:
S10:取样:
将采集的较大快的煤岩加工成圆柱状标准试件2,例如煤岩试件规格为Ф5×10-30mm或Ф25×30-50mm或Ф50×100mm。
S20:在该试件2一端端面中心位置开设注浆盲孔,Ф5×10-30mm试件注浆盲孔孔径Ф2,Ф25×30-50mm试件注浆盲孔孔径Ф8,Ф50×100mm试件注浆盲孔孔径Ф15,注浆盲孔孔深为试件长度的1/2,在该注浆盲孔孔底位置处设有应变片和压力传感器;
本实施例中,所述应变片6数量为两个,其中一个应变片6贴附在盲孔孔底和注浆盲孔中心线垂直设置,另一个应变片6贴附在注浆盲孔孔壁上,应变片实时采集试件中心处裂纹产生及伸展状况,两个应变片对试件轴向及圆周方向的裂纹状况分别采集,便于试验人员直接获取在这两个方向上裂缝伸展数据,压力传感器实时采集注浆盲孔内浆液压力。
S30:将所述试件水平方向放入封闭试验室1的三轴加压机构内,三轴加压机构为常见加压机构,在此不作详细介绍。该试件2被三轴加压机构的围压机构包裹,同时试件2两个端面各自正对一个轴向加压件;围压机构为试件加载围压,轴向加压件对试件加载轴压。
S40:使用引线将应变片6和应变采集仪7连接,用导线将压力传感器和压力检测仪连接(附图未画出),将注浆管3插入所述注浆盲孔内,注浆管插入深度为注浆盲孔深度的1/3-1/2,注浆管和注浆盲孔孔底留有注浆空间,注浆管和注浆盲孔孔壁密封,该注浆管通过恒速恒压注浆泵4和浆桶连通;恒速恒压注浆泵提供稳定速度和压力的浆液,提高试验过程稳定性。
S50:对试件进行三轴加压:
首先通过两个轴向加压件对试件两端加载设定的轴压压力,20-30分钟后向围压机构中通入高压液体,对试件圆周方向加载设定的围压压力,试件在加载围压过程中保持轴压压力恒定。
S60:注浆和数据采集:
打开封闭试验室内的CT设备8,并打开应变采集仪7;
开启恒速恒压注浆泵4,浆桶5内的浆液(浆液优选为水)通过注浆管3向试件2内注入浆液,浆液充盈在注浆空间内,通过压力传感器检测浆液压力值,随浆液的注入其压力逐渐增加,对试件进行压裂试验。
注浆过程中,通过封闭试验室1内的CT设备8实时采集试件内部裂缝产生及伸展影像,并定位该裂缝位置,获取其变化状况,采集压裂数据,通过应变片及应变采集仪实时采集试件中心处组织变化状况,并采集试件中心处压裂数据。
S70:将试件2取出,将试件2沿内部裂缝位置剖开,通过岩相分析设备观测裂缝位置处岩相组织状况和非裂缝位置岩相组织状况;
S80:对步骤S60中应变采集仪及CT检测设备所获取的试验数据分别整理,并对比该两组试验数据,获取煤岩试件裂缝产生、生长速度分别和压力关系,并获取煤岩试件雷锋伸展状况,并形成图形和数据图表。对比S70中裂缝位置处岩相组织和其非裂缝位置岩相组织,并形成数据图表。
本实施例中,为准确模拟地下煤岩所处环境,在步骤S40至S50之间设有步骤S45,该步骤S45为:通过封闭试验室1的加热机构(说明书附图中未画出)对试件加热,直至试件温度达到设定值,并保证试件在压裂过程中该温度值恒定。加热机构可以为加热套,加热套套装在围压机构外部,加热套单独对围压机构加热,加热机构也可以为在封闭试验室内设置的加热管,加热管作业对整个封闭试验室1进行加热,模拟煤岩所处地下岩层环境温度,加热后保证试件2温度和所处地下岩层温度相同。
本实施例中,在步骤S50中,试件轴压和围压分别分为两步完成,第一步各自加压至对应设定压力的60%,并在该压力下保持10分钟,然后加载剩余40%的压力。
本实施例中,在步骤S50中,试件三轴加压状态保持20-30分钟后再进行步骤S60的注浆操作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种煤岩压裂三轴加载试验方法,其特征在于:包括以下步骤:
S10:取样:
将煤岩加工成圆柱状标准试件;
S20:在所述试件一端端面中心位置开设注浆盲孔,在该注浆盲孔孔底位置处设置应变片和压力传感器;
S30:将所述试件水平方向放入封闭试验室的三轴加压机构内,该试验件被三轴加压机构的围压机构包裹,同时试件两个端面各自正对一个轴向加压件;
S40:使用引线将应变片和应变采集仪连接,用导线将压力传感器和压力检测仪连接,将注浆管插入所述注浆盲孔内,注浆管和注浆盲孔孔底留有注浆空间,注浆管和注浆盲孔孔壁密封,该注浆管和恒速恒压注浆泵连通;
S50:对试件进行三轴加压:
首先通过两个轴向加压件对试件两端加载设定的轴压压力,20-30分钟后向围压机构中通入高压液体,对试件圆周方向加载设定的围压压力;
S60:注浆和数据采集:
打开封闭试验室内的CT设备,并打开应变采集仪;
开启恒速恒压注浆泵,通过注浆管向试件内注入浆液,通过压力传感器检测浆液压力值;
注浆过程中,通过封闭试验室的CT设备实时采集试件内部裂缝产生及伸展影像,并定位该裂缝位置,采集压裂数据,通过应变采集仪实时采集试件中心处组织变化状况,并采集试件中心处压裂数据;
S70:将试件取出,将试件沿内部裂缝位置剖开,通过岩相分析设备观测裂缝位置处岩相组织状况和非裂缝位置岩相组织状况;
S80:对步骤S60中应变采集仪及CT检测设备所获取的试验数据分别整理,并对比该两组试验数据,获取煤岩试件裂缝产生、生长速度分别和压力关系,并获取煤岩试件雷锋伸展状况,并形成图形和数据图表;
对比S70中裂缝位置处岩相组织和其非裂缝位置岩相组织,并形成数据图表。
2.根据权利要求1所述的一种煤岩压裂三轴加载试验方法,其特征在于:所述步骤S40至S50之间设有步骤S45,该步骤S45为:通过封闭试验室的加热机构对试件加热,直至试件温度达到设定值,并保证试件在压裂过程中该温度值恒定。
3.根据权利要求1所述的一种煤岩压裂三轴加载试验方法,其特征在于:所述步骤S50中,试件轴压和围压分别分为两步完成,第一步各自加压至对应设定压力的60%,并在该压力下保持10分钟,然后加载剩余40%的压力。
4.根据权利要求1所述的一种煤岩压裂三轴加载试验方法,其特征在于:在步骤S50中,试件三轴加压状态保持20-30分钟后再进行步骤S60的注浆操作。
5.根据权利要求1所述的一种煤岩压裂三轴加载试验方法,其特征在于:步骤20中,所述注浆盲孔深度为试件长度的1/2。
6.根据权利要求1所述的一种煤岩压裂三轴加载试验方法,其特征在于:步骤20中,所述应变片数量为两个,其中一个应变片贴附在盲孔孔底和注浆盲孔中心线垂直设置,另一个应变片贴附在注浆盲孔孔壁上。
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