CN206161565U - 一种泥页岩裂缝研究装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种泥页岩裂缝研究装置，所述装置位于CT样品台底座上，所述装置包括固定台机构、压力加载机构、数据传输机构、样品夹持机构以及辅助机构，所述固定台机构包括第一固定台、第二固定台和第三固定台，所述压力加载机构包括中心压机、中轴压力均衡器和预设数量的边缘压机，所述数据传输机构包括位移测定仪以及压电传感仪，所述样品夹持机构包括呈对称分布的第一夹持机构和第二夹持机构以及位于所述第一夹持机构和所述第二夹持机构之间的样品机构，所述辅助机构包括内嵌于所述第三固定台中的样品台底座和承压台。本实用新型提供的一种泥页岩裂缝研究装置，能够提高泥页岩裂缝解释结果的准确度。

Description

一种泥页岩裂缝研究装置

技术领域

本申请涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种泥页岩裂缝研究装置。

背景技术

目前，全球油气工业已进入常规-非常规油气并重阶段。作为非常规油气资源重要的类型，页岩油气受到普遍重视。页岩油气资源丰富，分布范围广，但地质条件复杂，勘探开发难度大。以页岩可压裂性评价为核心，页岩人工裂缝的形成机理与空间展布成为学术界和工业界研究的热点。

目前，关于裂缝形态及空间展布的研究，主要集中在岩石力学实验与微地震监测两个方面。在岩石力学实验方面，主要通过对三个角度(0°、45°和90°)的柱塞样品开展三轴应力实验，观察裂缝产生及延展特征，获取泊松比与杨氏模量，从而评价储层的可压裂性。在微地震监测方面，通过提高检波器数量等方式，实现对压裂过程中产生裂缝的位置、方位、长度、高度等参数的实时监测，从而可以有效评价压裂作业效果。

然而，上述研究工作主要集中在宏观大尺度(米级至千米级)，关注点多为现场试验效果，缺乏对小尺度裂缝形成机理与过程的的深入研究，导致目前对泥页岩人工裂缝空间展布特征认识仍不清晰。例如，微地震监测可实现对水平段千米级别裂缝生长动态进行刻画，但分辨率有限，并且容易受到噪声影响，降低了解释结果的准确度。

实用新型内容

本申请实施方式的目的在于提供一种泥页岩裂缝研究装置，能够提高泥页岩裂缝解释结果的准确度。

为实现上述目的，本申请实施方式提供一种泥页岩裂缝研究装置，所述装置位于CT样品台底座上，所述装置包括固定台机构、压力加载机构、数据传输机构、样品夹持机构以及辅助机构，其中：所述固定台机构包括轴心线位于同一直线上的第一固定台、第二固定台和第三固定台，所述第一固定台和所述第二固定台通过所述压力加载机构相连，所述第二固定台和所述第三固定台之间依次设置有所述数据传输机构和所述样品夹持机构，所述第三固定台中设置有所述辅助机构；所述压力加载机构包括中心压机、中轴压力均衡器和预设数量的边缘压机，所述中心压机和所述边缘压机均包括依次相连的加压螺丝、弹簧和传压螺丝，所述边缘压机和所述中心压机的加压螺丝和弹簧均位于所述第一固定台内，所述边缘压机的传压螺丝连接所述第一固定台和所述第二固定台，所述中心压机的传压螺丝与内嵌于所述第二固定台内的所述中轴压力均衡器相连；所述数据传输机构包括设置于所述第二固定台内的位移测定仪以及内嵌于所述中轴压力均衡器底部的压电传感仪；所述样品夹持机构包括呈对称分布的第一夹持机构和第二夹持机构以及位于所述第一夹持机构和所述第二夹持机构之间的样品机构，所述第一夹持机构与所述压电传感仪相连，所述第二夹持机构与所述辅助机构相连，所述第一夹持机构和所述第二夹持机构均包括相连的垫圈和金刚石，所述样品机构包括铍片和内嵌于所述铍片内部的实验样品；所述辅助机构包括内嵌于所述第三固定台中的样品台底座和承压台，所述样品台底座与所述第二夹持机构的垫圈相连，所述承压台的底部与所述CT样品台底座对接。

进一步地，所述中心压机的轴线与所述第一固定台的轴线位于同一直线上，所述预设数量的边缘压机等间隔分布于以所述中心压机为圆心的圆周上。

进一步地，所述边缘压机的数量为4个。

进一步地，所述实验样品内嵌于所述铍片内部的直径为80微米、高度为200微米的圆柱体样品间内。

进一步地，所述第一固定台、第二固定台和第三固定台均由不锈钢材料制成，所述第一固定台、第二固定台和第三固定台的外围均覆盖由玻璃碳制成的加固层。

进一步地，所述样品夹持机构还包括纵向夹持板、固定板、第一横向夹持板和第二横向夹持板，其中，所述第一横向夹持板和所述第二横向夹持板呈平行分布，所述第一横向夹持板与所述第一夹持机构中的金刚石相固定，所述第二横向夹持板与所述第二夹持机构中的金刚石相固定，所述第一横向夹持板和所述第二横向夹持板之间通过所述固定板相连接，所述纵向夹持板与所述第一横向夹持板和所述第二横向夹持板垂直分布。

进一步地，所述纵向夹持板、固定板、第一横向夹持板和第二横向夹持板均由碳化钨材料制成。

由上可见，本实用新型提供的一种泥页岩裂缝研究装置可以CT样品台相配套使用，从而可以基于CT成像技术对实验样品的裂缝进行观察。在本实用新型中，通过样品夹持机构能够稳定地夹持实验样品，并可以对实验样品进行挤压，使得实验样品生成待观察的裂缝。通过固定台机构和压力加载机构，能够建立不同的压力实验条件，从而能够在不同压力条件下对实验样品进行观测，能够明确裂缝发育的主控因素以及裂缝发育的模式。通过数据传输机构能够精确地测量当前压力实验条件下固定台的位移量以及施加于实验样品上的压力值，从而保证了实验的精确度。本实用新型提供的一种泥页岩裂缝研究装置，能够提高对裂缝观测的分辨率，从而能够提高泥页岩裂缝解释结果的准确度。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施方式的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请实施方式提供的一种泥页岩裂缝研究装置的剖面图；

图2为本申请实施方式提供的一种泥页岩裂缝研究装置中样品夹持机构的局部示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施方式提供的一种泥页岩裂缝研究装置的剖面图。本实用新型提供的泥页岩裂缝研究装置可以位于CT样品台底座上，从而可以基于CT成像技术对实验样品进行观测，以提高观测的分辨率。请参阅图1，所述装置包括固定台机构、压力加载机构、数据传输机构、样品夹持机构以及辅助机构，其中：

所述固定台机构包括轴心线位于同一直线上的第一固定台1、第二固定台5和第三固定台8，所述第一固定台1和所述第二固定台5通过所述压力加载机构相连，所述第二固定台5和所述第三固定台8之间依次设置有所述数据传输机构和所述样品夹持机构，所述第三固定台8中设置有所述辅助机构。

在本实用新型中，所述第一固定台1、第二固定台5和第三固定台8均可以由不锈钢材料制成，所述第一固定台1、第二固定台5和第三固定台8的外围均可以覆盖由玻璃碳制成的加固层。所述由玻璃碳制成的加固层一方面能够承受较高的压力，另一方面由于玻璃碳能够更容易地被X射线穿透，从而能够降低对X射线的吸收，从而能够提高CT成像的质量。

所述压力加载机构包括中心压机、中轴压力均衡器12和预设数量的边缘压机，所述中心压机和所述边缘压机均包括依次相连的加压螺丝2、弹簧3和传压螺丝4，所述边缘压机和所述中心压机的加压螺丝和弹簧均位于所述第一固定台1内，所述边缘压机的传压螺丝连接所述第一固定台1和所述第二固定台5，所述中心压机的传压螺丝与内嵌于所述第二固定台5内的所述中轴压力均衡器12相连。

在本实用新型中，所述中心压机的轴线与所述第一固定台1的轴线位于同一直线上，所述预设数量的边缘压机等间隔分布于以所述中心压机为圆心的圆周上。这样便可以保证压力加载机构能够均匀地向实验样品施压。在本实用新型中，所述边缘压机的数量可以为4个，这样，任意相邻的两个边缘压机之间的夹角便可以为90°。所述中轴压力均衡器12能够将中心压机和边缘压机的作用力集中，从而能够使得中心压机和边缘压机施加的压力能够均匀作用于实验样品上。

所述数据传输机构包括设置于所述第二固定台5内的位移测定仪13以及内嵌于所述中轴压力均衡器12底部的压电传感仪6。

在本实用新型中，所述位移测定仪13可以记录压机向下移动的距离，从而可以间接反映实验样品向下移动的距离。所述压电传感仪6可以将压力信号转换为电信号，从而能够在实验过程中记录压力的变化值。

所述样品夹持机构包括呈对称分布的第一夹持机构和第二夹持机构以及位于所述第一夹持机构和所述第二夹持机构之间的样品机构，所述第一夹持机构与所述压电传感仪6相连，所述第二夹持机构与所述辅助机构相连，所述第一夹持机构和所述第二夹持机构均包括相连的垫圈9和金刚石10，所述样品机构包括铍片11和内嵌于所述铍片11内部的实验样品。

请参阅图2，在本实用新型中，所述样品夹持机构还可以包括纵向夹持板17、固定板18、第一横向夹持板15和第二横向夹持板16，其中，所述第一横向夹持板15和所述第二横向夹持板16呈平行分布，所述第一横向夹持板15与所述第一夹持机构中的金刚石相固定，所述第二横向夹持板16与所述第二夹持机构中的金刚石相固定，所述第一横向夹持板15和所述第二横向夹持板16之间通过所述固定板18相连接，所述纵向夹持板17与所述第一横向夹持板15和所述第二横向夹持板16垂直分布。

在本实用新型中，所述纵向夹持板、固定板、第一横向夹持板和第二横向夹持板均可以由碳化钨材料制成。这样，由碳化钨材料制成的组件可以负责外部支撑，金刚石则可以作为对实验样品加压的主体。在本实用新型中，所述实验样品可以内嵌于所述铍片内部的直径为80微米、高度为200微米的圆柱体样品间内。

所述辅助机构包括内嵌于所述第三固定台8中的样品台底座7和承压台14，所述样品台底座7与所述第二夹持机构的垫圈相连，所述承压台14的底部与所述CT样品台底座对接。

在本实用新型中，所述辅助机构可以用于实验样品的安装与对准。所述承压台14可以与CT样品台底座对接，具备较大的压力承受能力。

在具体实验场景中，首先可以根据研究需求，确定泥页岩样品的待观测区域。然后可以利用激光制样设备制备直径为65μm、长度为100μm-150μm的小圆柱样品，用小镊子将小圆柱样品取下，并置于光学体视镜下。接着，可以将本实用新型的泥页岩裂缝研究装置的样品夹持机构置于光学体视镜下，用小镊子将小圆柱样品放置到开口的铍片中，尽量保证小圆柱位于铍片的样品室中心。然后利用微型注射器将酒精注入样品室中，注意保证酒精不要溢出。接着，可以将泥页岩裂缝研究装置安置到纳米CT样品台上，确定安装的稳定性，调整X射线光路与样品台位置，使样品处于扫描视域的中心位置。缓慢增大加压旋钮，5台压机同时启动，使压电传感仪缓慢接触到样品顶面，记录此时的压电信号与位移读数，将此时的位移读数作为基数，以便后续实验过程中计算绝对位移量。接着可以设置纳米CT扫描参数，保证获取高精度的扫描图像，具体扫描参数可以为电压8KV，像素点分辨率不低于60nm，单张图片曝光时间不低于30s，扫描张数1601张，扫描角度360°。启动纳米CT扫描，完成无压力作用下样品原始状态下孔隙结构与矿物分布特征，记录此时起始扫描位置与角度，后续的扫描均可以按照相同的位置与角度执行。

完成原始状态样品的扫描后，可以启动压机，依次设置压力值为50mN、150mN、250mN、475mN和515mN，按照原始状态的扫描参数标准依次扫描，获取三维数据图像。实际操作过程中，具体压力数值应根据实验样品的性质进行调整，保证可记录到裂缝起裂与扩展的全过程。待样品发生充分的裂缝作用后，可以结束CT扫描，取出泥页岩裂缝研究装置。

在取出泥页岩裂缝研究装置后，可以取下样品夹持机构，并将所述样品夹持机构置于体视镜下，用吹风机加速酒精挥发速度，待酒精全部挥发后，将样品取出并利用体视镜的目镜测量系统测量样品的长度并进行记录，为后续实验分析提供基础实验数据。

由上可见，本实用新型提供的一种泥页岩裂缝研究装置可以CT样品台相配套使用，从而可以基于CT成像技术对实验样品的裂缝进行观察。在本实用新型中，通过样品夹持机构能够稳定地夹持实验样品，并可以对实验样品进行挤压，使得实验样品生成待观察的裂缝。通过固定台机构和压力加载机构，能够建立不同的压力实验条件，从而能够在不同压力条件下对实验样品进行观测，能够明确裂缝发育的主控因素以及裂缝发育的模式。通过数据传输机构能够精确地测量当前压力实验条件下固定台的位移量以及施加于实验样品上的压力值，从而保证了实验的精确度。本实用新型提供的一种泥页岩裂缝研究装置，能够提高对裂缝观测的分辨率，从而能够提高泥页岩裂缝解释结果的准确度。

在本说明书中，诸如第一和第二这样的形容词仅可以用于将一个元素或动作与另一元素或动作进行区分，而不必要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。在环境允许的情况下，参照元素或部件或步骤(等)不应解释为局限于仅元素、部件、或步骤中的一个，而可以是元素、部件、或步骤中的一个或多个等。

上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本实用新型限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本实用新型的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。

本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (7)

1.一种泥页岩裂缝研究装置，所述装置位于CT样品台底座上，其特征在于，所述装置包括固定台机构、压力加载机构、数据传输机构、样品夹持机构以及辅助机构，其中：

所述固定台机构包括轴心线位于同一直线上的第一固定台、第二固定台和第三固定台，所述第一固定台和所述第二固定台通过所述压力加载机构相连，所述第二固定台和所述第三固定台之间依次设置有所述数据传输机构和所述样品夹持机构，所述第三固定台中设置有所述辅助机构；

所述压力加载机构包括中心压机、中轴压力均衡器和预设数量的边缘压机，所述中心压机和所述边缘压机均包括依次相连的加压螺丝、弹簧和传压螺丝，所述边缘压机和所述中心压机的加压螺丝和弹簧均位于所述第一固定台内，所述边缘压机的传压螺丝连接所述第一固定台和所述第二固定台，所述中心压机的传压螺丝与内嵌于所述第二固定台内的所述中轴压力均衡器相连；

所述数据传输机构包括设置于所述第二固定台内的位移测定仪以及内嵌于所述中轴压力均衡器底部的压电传感仪；

所述样品夹持机构包括呈对称分布的第一夹持机构和第二夹持机构以及位于所述第一夹持机构和所述第二夹持机构之间的样品机构，所述第一夹持机构与所述压电传感仪相连，所述第二夹持机构与所述辅助机构相连，所述第一夹持机构和所述第二夹持机构均包括相连的垫圈和金刚石，所述样品机构包括铍片和内嵌于所述铍片内部的实验样品；

所述辅助机构包括内嵌于所述第三固定台中的样品台底座和承压台，所述样品台底座与所述第二夹持机构的垫圈相连，所述承压台的底部与所述CT样品台底座对接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中心压机的轴线与所述第一固定台的轴线位于同一直线上，所述预设数量的边缘压机等间隔分布于以所述中心压机为圆心的圆周上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边缘压机的数量为4个。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述实验样品内嵌于所述铍片内部的直径为80微米、高度为200微米的圆柱体样品间内。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一固定台、第二固定台和第三固定台均由不锈钢材料制成，所述第一固定台、第二固定台和第三固定台的外围均覆盖由玻璃碳制成的加固层。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品夹持机构还包括纵向夹持板、固定板、第一横向夹持板和第二横向夹持板，其中，所述第一横向夹持板和所述第二横向夹持板呈平行分布，所述第一横向夹持板与所述第一夹持机构中的金刚石相固定，所述第二横向夹持板与所述第二夹持机构中的金刚石相固定，所述第一横向夹持板和所述第二横向夹持板之间通过所述固定板相连接，所述纵向夹持板与所述第一横向夹持板和所述第二横向夹持板垂直分布。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述纵向夹持板、固定板、第一横向夹持板和第二横向夹持板均由碳化钨材料制成。