CN206710211U - 一种页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置 - Google Patents

一种页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置 Download PDF

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李金珊
朱维耀
尚新春
岳明
韩宏彦
吴沛飞
于俊红
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Abstract

本实用新型提供一种页岩岩芯压裂实验接触角测试装置，属于岩石压劈试验技术领域。该装置包括万能材料试验机、接触弧长测量材料、弧形压头、岩芯和数据采集处理系统；接触弧长测量材料放置在岩芯的圆柱外周，上弧形压头的上部设置有万能材料试验机的上压头，数据采集处理系统包括计算机和声波检测仪，声波检测仪连接计算机；该装置在使用过程中，首先制备接触弧长测量材料，设置在页岩岩芯与弧形压头之间；利用弧形压头横向夹好页岩岩芯，对其进行压裂；使用声波检测仪和万能材料试验机的检测系统判断压裂程度；取下页岩岩芯测量接触弧长，计算压裂接触角。该装置操作简单，对于岩石类压裂及页岩气的勘探开发有着重要的意义。

Description

一种页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置
技术领域
本实用新型涉及岩石压劈试验技术领域，特别是指一种页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置。
背景技术
抗拉强度是岩石类材料的一个重要物理性质参数，然而在实验室中很难采用直接拉伸试验获得这一参数，主要原因有三个方面：一是用于直接拉伸试验的试样加工难度很大；二是加载过程中试样很难被夹住；三是在试样的端部极易产生很大的应力集中，这三个方面的原因就导致了直接拉伸试验很难成功，所以在1978年国际岩石力学学会(ISRM,1978)就推荐采用巴西圆盘试验这一间接方法来获得岩石类材料的抗拉强度，之后国际上很多国家和行业规范也都接受了这一方法(ASTM，1986；中华人民共和国标准编写组，1999，2001)。
采用巴西圆盘试验方法获得岩石的抗拉强度指标的理论基础是巴西圆盘在对称的、压缩线荷载作用下的应力解析解，而在抗拉强度的计算公式中角度α的测量直接影响着抗拉强度的计算值。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置，能够更直观和准确地获得岩石的抗拉强度，为研究页岩岩芯压裂提供理论和试验依据。
该装置包括万能材料试验机、弧形压头、岩芯、数据采集处理系统和接触弧长测量材料；其中，弧形压头包括上弧形压头和下弧形压头，接触弧长测量材料放置在岩芯的圆柱外周面与上弧形压头、下弧形压头的弧形内表面之间，上弧形压头的上部与万能材料试验机的上压头接触，上压头内设置有压力测量仪，数据采集处理系统对岩芯测量数据进行采集。
其中，弧形压头为软质铝合金材料制成。
岩芯的形状为圆柱状。上压头对上弧形压头的外表面施加压力对页岩岩芯压劈。
数据采集处理系统包括计算机和声波检测仪。
接触弧长测量材料由两层组成，一层是复写纸，另一层是白纸或白布。
采用该装置进行测试的方法，包括如下步骤：
(一)制备接触弧长测量材料，裁剪成与岩芯同规格；
(二)将接触弧长测量材料放置在上弧形压头和下弧形压头与岩芯之间的缝隙中；安装万能材料试验机和数据采集处理系统，打开试验程序软件及检测系统软件；
(三)将试验程序软件中的负荷、位移均清零，并设定按位移加载，加载速度0.05mm/min，万能材料试验机开始对岩芯施加压力；通过万能材料试验机绘制压裂过程中的压力-位移曲线判断岩芯压裂的程度；
(四)将万能材料试验机的上压头升起，取下接触弧长测量材料，用直尺测量其长度l，根据得到接触角度α，对抗拉强度进行求解，分析应力状态；
(五)对新的岩芯重复以上步骤，当声波检测仪的显示器上出现声波信号持续10-20分钟时，表示岩芯出现一部分开裂裂缝，万能材料试验机停机，得到岩芯样本二的接触角度α2；当观察到压力-位移曲线突然下降时，表示岩芯即将产生贯穿裂缝以致完全压碎，万能材料试验机停机，得到岩芯样本三的接触角度α3。
本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
该装置操作简单，能够更直观和准确地获得岩石的抗拉强度，为研究页岩岩芯压裂提供理论和试验依据，对于岩石类压裂及页岩气的勘探开发有着重要的意义。
附图说明
图1为本实用新型的页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置结构示意图；
图2为本实用新型弧形压头、接触弧长测量材料及岩芯的侧视结构示意图。
其中：1-万能材料试验机；2-上压头；3-弧形压头；4-岩芯；5-声波检测仪；6-计算机；7-接触弧长测量材料。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型提供一种页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置。
如图1和图2所示，该装置中，弧形压头3包括上弧形压头和下弧形压头，接触弧长测量材料7放置在岩芯4的圆柱外周面与上弧形压头、下弧形压头的弧形内表面之间，上弧形压头的上部与万能材料试验机1的上压头2接触，上压头2内设置有压力测量仪，数据采集处理系统对岩芯4测量数据进行采集。
其中，数据采集处理系统包括计算机6和声波检测仪5，声波检测仪5连接计算机6，通过声波检测仪5和万能材料试验机1的压力测量仪同时对压裂过程进行实时监测。
接触弧长测量材料7是有两层组成的，一层是可以将压痕复印在纸上的复写纸另一层是白纸或者柔软轻薄的白布；其宽度略大于圆柱形岩芯4的厚度，长度与页岩岩芯4的半径相当。
实际进行操作时：
第一步：用游标卡尺测量岩芯的物理外形数据。加工成型的页岩岩芯4(一般尺寸为Φ2.5cm×4cm)；制备接触弧长测量材料7，其宽度略大于圆柱形页岩岩芯4的厚度，长度与页岩岩芯4的半径相当；
第二步：打开万能材料试验机1及其试验程序软件和声发射检测系统6及其检测系统软件；调整万能试验机的上压头2到合适位置，将铝制弧形压头3放置上压头2正中，再将接触弧长测量材料7放在上压头2的正中央，圆柱形页岩岩芯4放置铝制弧形压头2正中央，以保证页岩岩芯4完全在接触弧长测量材料7上，再将接触弧长测量材料7对称放至页岩岩芯4上，最后将另一铝制弧形压头3放至上侧接触弧长测量材料7上。把页岩岩芯4放好后，调整万能试验机1，使试验机上压头处于适当的位置，与铝制弧形压头3空隙小于10mm。
第三步：安装完毕后将试验程序软件中的负荷、位移均清零，设定按位移加载，由于页岩岩芯是脆性材料，易压碎，所以加载速度一般设置很小其加载速度0.05mm/min。万能材料试验机1开始对岩芯4施加压力；通过万能材料试验机1绘制压裂过程中的压力-位移曲线判断岩芯压裂程度；在不断施加压力的同时也要监测累积曲线的变化；当声波检测仪刚出现声波信号时，表示岩芯内部开始开裂，万能材料试验机停机；
第四步：将万能材料试验机的上压头2升起，取下上侧和下侧接触弧长测量材料7，用直尺测量其长度l，根据得到接触角度α；
第五步：对新的页岩岩芯重复以上步骤，当声波检测仪的显示器上出现声波信号持续10-20分钟时，表示岩芯出现一部分开裂裂缝，万能材料试验机停机，得到岩芯样本二的接触角度α2；当观察到压力-位移曲线突然下降时，表示岩芯即将产生贯穿裂缝以致完全压碎，万能材料试验机停机，得到岩芯样本三的接触角度α3；根据对不同开裂程度的页岩岩芯进行应力分析。
上述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置，其特征在于：包括万能材料试验机(1)、弧形压头(3)、岩芯(4)、数据采集处理系统和接触弧长测量材料(7)；其中，弧形压头(3)包括上弧形压头和下弧形压头，接触弧长测量材料(7)放置在岩芯(4)的圆柱外周面与上弧形压头、下弧形压头的弧形内表面之间，上弧形压头的上部与万能材料试验机(1)的上压头(2)接触，上压头(2)内设置有压力测量仪，数据采集处理系统对岩芯(4)测量数据进行采集。
2.根据权利要求1所述的页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置，其特征在于：所述弧形压头(3)为软质铝合金材料制成。
3.根据权利要求1所述的页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置，其特征在于：所述岩芯(4)的形状为圆柱状。
4.根据权利要求1所述的页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置，其特征在于：所述数据采集处理系统包括计算机(6)和声波检测仪(5)。
5.根据权利要求1所述的页岩岩芯压裂实验接触角的测试装置，其特征在于：所述接触弧长测量材料(7)由两层组成，一层是复写纸，另一层是白纸或白布。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108225863A (zh) * 2018-01-17 2018-06-29 江苏联友科研仪器有限公司 一种新型全角度多尺寸页岩人造裂缝装置
CN109839330A (zh) * 2018-12-28 2019-06-04 超威电源有限公司 一种测试活性炭亲水性的方法

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