CN114428022A - 一种检测岩石抗拉强度的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于力学参数检测领域，公开了一种检测岩石抗拉强度的系统及方法。该系统包括高温高压检测装置、Brazil试验装置和控制装置；所述高温高压检测装置包括油压和温度控制部分和高温高压仓，用于模拟检测需要的温压条件；所述Brazil试验装置设置于所述高温高压检测装置内，用于检测岩石试样的抗拉强度；所述控制装置用于所述系统的连锁反应控制。本发明的系统和方法能在模拟地层温度和压力状态下对岩石样品进行抗拉强度检测。检测时环境的最高温度可升至120℃，轴向的最高压力可升至70MPa，为石油工程提供有效的岩石力学参数。

Description

一种检测岩石抗拉强度的系统及方法
技术领域
本发明属于力学参数检测领域，具体地，涉及一种检测岩石抗拉强度的系统及方法。
背景技术
高温高压检测装置主体部分是一个密封的高压仓。在仓内，可对被测样品加温、加压。然后通过内置的探头检测其在不同条件下物理特性的变化。因此通过该装置可以测出样品的各个阶段表现出的有别于常温低压环境下的特性。在石油勘探研究部门，要想真正认识油、气地层的岩石物理特征，它是一个必不可少的研究手段。
岩石的抗拉强度是一项重要的力学性质指标，其测试试验有直接拉伸试验和巴西劈裂试验。岩石直接拉伸试验将圆柱体试样两端黏结在特制的金属帽中，利用万能试验机夹住帽套施加拉伸荷载直至试样破坏，该试验要求岩石试样与金属帽间必须具有足够的黏结力，且拉力必须与试样中心轴线重合，试验难度大，成功率低，因此，直接拉伸试验很少为人们采用；巴西劈裂试验属于间接拉伸试验，通过对圆饼状试样(高径比为0.5)施加相对的径向线性荷载，使之沿直径方向破坏，该方法简便易行，现已成为国内外学者测定岩石抗拉强度的最常用方法。
因此，根据对上述技术的理解，亟待提出一种可实现模拟地层温度和压力的测量岩石的抗拉强度的方法，为石油工程提供有效的岩石力学参数。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种检测岩石抗拉强度的系统及方法，通过本发明的系统和方法能在模拟地层温度和压力状态下对岩石样品进行抗拉强度检测。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种检测岩石抗拉强度的系统，该系统包括高温高压检测装置、Brazil试验装置和控制装置；
所述高温高压检测装置包括油压和温度控制部分和高温高压仓，用于模拟检测需要的温压条件；
所述Brazil试验装置设置于所述高温高压检测装置内，用于检测岩石试样的抗拉强度；
所述控制装置用于所述系统的连锁反应控制。
本发明另一方面提供了一种检测岩石抗拉强度的方法，所述方法采用所述的检测岩石抗拉强度的系统，包括如下步骤：
S1：将所述岩石试样安装在所述Brazil试验装置中，并放置于所述高温高压仓内，对所述高温高压仓内加载预设的压力和温度；
S2：当所述高温高压仓内达到预设的温度和压力后，向所述岩石试样施加载荷，使所述岩石试样发生破裂，并记录所述破裂时的载荷；
S3：利用公式计算所述岩石试样的抗拉强度。
本发明的技术方案具有如下有益效果：
本发明的系统和方法能在模拟地层温度和压力状态下对岩石样品进行抗拉强度检测。检测时环境的最高温度可升至120℃，轴向的最高压力可升至70MPa，为石油工程提供有效的岩石力学参数。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明实施例1提供的一种检测岩石抗拉强度的系统的结构示意图。
图2示出了本发明实施例1提供的一种检测岩石抗拉强度的系统的所述Brazil试验装置的结构示意图。
图3示出了本发明实施例2提供的一种检测岩石抗拉强度的方法的流程图。
附图标记说明如下：
1-半球轴承；2-上加载鄂；3-螺孔；4-导杆；5-下加载鄂；6-岩石试样；7-油压和温度控制部分；8-高温高压仓；9-控制装置；10-Brazil试验装置。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明一方面提供了一种检测岩石抗拉强度的系统，该系统包括高温高压检测装置、Brazil试验装置和控制装置；
所述高温高压检测装置包括油压和温度控制部分和高温高压仓，用于模拟检测需要的温压条件；
所述Brazil试验装置设置于所述高温高压检测装置内，用于检测岩石试样的抗拉强度；
所述控制装置用于所述系统的连锁反应控制。
本发明中，所述Brazil试验装置的工作原理是所述Brazil试验装置在岩石试样的直径方向上，施加相对的线形荷载，使之沿直径方向破坏，利用破坏时所施加的最大压力，计算岩石试样的抗拉强度。
本发明中，所述油压和温度控制部分经管道连接到所述高温高压仓内。
根据本发明，优选地，所述控制装置为PLC控制装置。
根据本发明，优选地，所述高温高压仓为长方体高温高压仓。
根据本发明，优选地，所述Brazil试验装置包括半球轴承，上加载鄂，螺孔，导杆，下加载鄂和压力试验机；所述压力试验机用于向所述岩石试样的施加载荷并测量载荷；所述上加载鄂和所述下加载鄂内侧均为曲面，所述曲面的曲率半径均为1.45-1.55倍的所述岩石试样半径，所述上加载鄂和所述下加载鄂的宽度大于1.1倍的所述岩石试样两端面中心的厚度；所述导杆的一端通过所述螺孔与所述上加载鄂连接，所述导杆的另一端与所述下加载鄂连接，所述导杆的间隙允许一个加载鄂相对于另一个加载鄂发生的相对转动不超过0.004rad；所述半球轴承直径为24-26mm，设置于所述上加载鄂的顶部且对应所述上加载鄂曲面内侧的中轴线的位置。
本发明另一方面提供了一种检测岩石抗拉强度的方法，所述方法采用所述的检测岩石抗拉强度的系统，包括如下步骤：
S1：将所述岩石试样安装在所述Brazil试验装置中，并放置于所述高温高压仓内，对所述高温高压仓内加载预设的压力和温度；
S2：当所述高温高压仓内达到预设的温度和压力后，向所述岩石试样施加载荷，使所述岩石试样发生破裂，并记录所述破裂时的载荷；
S3：利用公式计算所述岩石试样的抗拉强度。
本发明中，利用所述控制装置，采用全自动方式通过计算机和接口电路及相应的软件控制加温、加压和检测过程。
本发明中，所述岩石试样放置于所述Brazil试验装置内，所述油压和温度控制部分经管道连接到所述高温高压仓内，通过所述控制装置控制，给岩石试样施加用于模拟检测需要的温压条件。
根据本发明，优选地，在步骤S1中，将所述岩石试样安装在所述Brazil试验装置中的步骤还包括使所述岩石试样的轴线与所述曲面内侧的中轴线在同一垂直平面上。
根据本发明，优选地，所述预设的压力为多个轴向压力，所述轴向压力为1-70MPa。
根据本发明，优选地，所述预设的温度为50℃-120℃。
根据本发明，优选地，在步骤S2中，在步骤S2中，向所述岩石试样施加载荷的恒定加载速度为150-250N/s，加载的时间为15s-30s。
本发明中，作为优选方案，在步骤S2中，连续向所述岩石试样施加载荷的恒定加载速度为150-250N/s，加载的时间为15s-30s，使最弱的岩石试样发生破裂，并记录所述破裂时的载荷。
根据本发明，优选地，在步骤S3中，计算所述岩石试样的抗拉强度的公式为：
Figure BDA0002726444440000051
式中：
T为所述岩石试样的抗拉强度，单位为MPa；
P为所述岩石试样破坏时的载荷，单位为牛顿；
D为所述岩石试样的直径，单位为mm；
h为所述岩石试样两端面中心的厚度，单位为mm。
以下通过实施例具体说明本发明。
实施例1
本发明提出一种检测岩石抗拉强度的系统，如图1、2所示，该系统包括高温高压检测装置、Brazil试验装置10和PLC控制装置9；
所述高温高压检测装置包括油压和温度控制部分7和长方体高温高压仓8，用于模拟检测需要的温压条件；所述油压和温度控制部分7经管道连接到所述长方体高温高压仓8内。
所述Brazil试验装置10设置于所述高温高压检测装置内，用于检测岩石试样6的抗拉强度；所述Brazil试验装置10包括半球轴承1，上加载鄂2，螺孔3，导杆4，下加载鄂5和压力试验机(未示出)；所述压力试验机用于向所述岩石试样6的施加载荷并测量载荷；所述上加载鄂2和所述下加载鄂5内侧均为曲面，所述曲面的曲率半径均为1.5倍的所述岩石试样6半径，所述上加载鄂2和所述下加载鄂5的宽度大于1.1倍的所述岩石试样6两端面中心的厚度；所述导杆4的一端通过所述螺孔3与所述上加载鄂2连接，所述导杆4的另一端与所述下加载鄂5连接，所述导杆4的间隙允许一个加载鄂相对于另一个加载鄂发生的相对转动不超过0.004rad；所述半球轴承1直径为25mm，设置于所述上加载鄂2的顶部且对应所述上加载鄂2曲面内侧的中轴线的位置。
所述PLC控制装置9用于所述系统的连锁反应控制。
实施例2
本实施例提供一种检测岩石抗拉强度的方法，如图1、2、3所示，所述方法采用所述的检测岩石抗拉强度的系统，包括如下步骤：
S1：将所述岩石试样6安装在所述Brazil试验装置10的正中央，使所述岩石试样6的轴线与所述曲面内侧的中轴线在同一垂直平面上，并放置于所述高温高压仓8内，通过所述PLC控制装置9控制，对所述高温高压仓8内加载预设的轴向压力和温度；所述轴向压力为三个，最大轴向压力为70Mpa，所述温度为120℃。
S2：当所述高温高压仓8内达到预设的温度和轴向压力后，连续向所述岩石试样6施加载荷，施加载荷的恒定加载速度为200N/s，加载的时间为15s-30s，使最弱的岩石试样6发生破裂，并记录所述破裂时的载荷。
S3：利用公式计算所述岩石试样6的抗拉强度。所述公式为：
Figure BDA0002726444440000061
式中：
T为所述岩石试样6的抗拉强度，单位为MPa；
P为所述岩石试样6破坏时的载荷，单位为牛顿；
D为所述岩石试样6的直径，单位为mm；
h为所述岩石试样6两端面中心的厚度，单位为mm。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种检测岩石抗拉强度的系统，其特征在于，该系统包括高温高压检测装置、Brazil试验装置和控制装置；
所述高温高压检测装置包括油压和温度控制部分和高温高压仓，用于模拟检测需要的温压条件；
所述Brazil试验装置设置于所述高温高压检测装置内，用于检测岩石试样的抗拉强度；
所述控制装置用于所述系统的连锁反应控制。
2.根据权利要求1所述的检测岩石抗拉强度的系统，其中，所述控制装置为PLC控制装置。
3.根据权利要求1所述的检测岩石抗拉强度的系统，其中，所述高温高压仓为长方体高温高压仓。
4.根据权利要求1所述的检测岩石抗拉强度的系统，其中，所述Brazil试验装置包括半球轴承，上加载鄂，螺孔，导杆，下加载鄂和压力试验机；所述压力试验机用于向所述岩石试样的施加载荷并测量载荷；所述上加载鄂和所述下加载鄂内侧均为曲面，所述曲面的曲率半径均为1.45-1.55倍的所述岩石试样半径，所述上加载鄂和所述下加载鄂的宽度大于1.1倍的所述岩石试样两端面中心的厚度；所述导杆的一端通过所述螺孔与所述上加载鄂连接，所述导杆的另一端与所述下加载鄂连接，所述导杆的间隙允许一个加载鄂相对于另一个加载鄂发生的相对转动不超过0.004rad；所述半球轴承直径为24-26mm，设置于所述上加载鄂的顶部且对应所述上加载鄂曲面内侧的中轴线的位置。
5.一种检测岩石抗拉强度的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-4中任意一项所述的检测岩石抗拉强度的系统，包括如下步骤：
S1：将所述岩石试样安装在所述Brazil试验装置中，并放置于所述高温高压仓内，对所述高温高压仓内加载预设的压力和温度；
S2：当所述高温高压仓内达到预设的温度和压力后，向所述岩石试样施加载荷，使所述岩石试样发生破裂，并记录所述破裂时的载荷；
S3：利用公式计算所述岩石试样的抗拉强度。
6.根据权利要求5所述的检测岩石抗拉强度的方法，其中，在步骤S1中，将所述岩石试样安装在所述Brazil试验装置中的步骤还包括使所述岩石试样的轴线与所述曲面内侧的中轴线在同一垂直平面上。
7.根据权利要求5所述的检测岩石抗拉强度的方法，其中，所述预设的压力为多个轴向压力，所述轴向压力为1-70MPa。
8.根据权利要求5所述的检测岩石抗拉强度的方法，其中，所述预设的温度为50℃-120℃。
9.根据权利要求5所述的检测岩石抗拉强度的方法，其中，在步骤S2中，向所述岩石试样施加载荷的恒定加载速度为150-250N/s，加载的时间为15s-30s。
10.根据权利要求5所述的检测岩石抗拉强度的方法，其中，在步骤S3中，计算所述岩石试样的抗拉强度的公式为：
Figure FDA0002726444430000021
式中：
T为所述岩石试样的抗拉强度，单位为MPa；
P为所述岩石试样破坏时的载荷，单位为牛顿；
D为所述岩石试样的直径，单位为mm；
h为所述岩石试样两端面中心的厚度，单位为mm。
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