CN209372559U - 一种用于测试页岩特性的试验装置 - Google Patents

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杨恒林
申瑞臣
田中兰
屈平
张玮
刘继亮
吴萌
孙清华
刘奕杉
郭凯杰
郑李
廖明豪
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Abstract

本实用新型提供了一种用于测试页岩特性的试验装置,该试验装置包括:U型试验夹具和平板试验夹具;U型试验夹具的两相对侧壁分别具有岩心槽,平板试验夹具具有岩心槽,岩心槽设置于U型试验夹具的U型槽中。本实用新型提供的一种用于测试页岩特性的试验装置,将试验样品放置于U型试验夹具和平板试验夹具中,方便对试验样品进行固定,并通过改变应力大小,能够真实的反映页岩的力学特性,高效便捷地实现了对该装置进行不同应力状态下,对页岩特性的不同测试分析。

Description

一种用于测试页岩特性的试验装置
技术领域
本实用新型涉及页岩油气存储中岩石特性技术领域,特别涉及一种用于测试页岩特性的试验装置。
背景技术
页岩油气是一种潜力巨大的非常规资源,已经在北美地区和我国得到成功开发,成为全球油气勘探的一个新领域。水平井体积改造已经成为页岩油气开发的主体模式,这种模式需要对页岩岩石力学特性进行深入的分析研究。针对水平井体积改造,页岩可压性是评价页岩油气储层能否被有效压裂的关键参数。
针对页岩油气储层的稳态-非稳态特性,虽然国外有学者对压裂现场作业时的微地震信号监测,对高脆性页岩的裂纹非稳态扩展进行定性评价,而地震行业学者开展室内实验,利用速度-状态本构方程对断层泥的稳态-非稳态特性进行定量评价,但是针对页岩油气储层的稳态-非稳态特性研究,国内外暂未有开展全面的试验研究与分析。由于不同页岩储层的矿物组分变化大,人工合成类似断层泥的岩样比较麻烦,而且有失矿物组分真实性,同时,国内外并未开展不同应力、围压情况下页岩稳态-非稳态特性评价分析,因此为了更全面对页岩脆性进行评价,以助于更好的选择压裂工程甜点,提升压裂作业效果,实现页岩油气单井产量的提高,迫切需要一种适于页岩特性的试验测试的方式。
实用新型内容
为了更全面对页岩脆性进行评价,以助于更好的选择压裂工程甜点,提升压裂作业效果,实现页岩油气单井产量的提高,本实用新型提供了一种用于测试页岩特性的试验装置。
本实用新型提供一种用于测试页岩特性的试验装置,所述的试验装置包括:
U型试验夹具和平板试验夹具;
所述的U型试验夹具的两相对侧壁分别具有岩心槽,所述平板试验夹具具有岩心槽,所述岩心槽设置于U型试验夹具的U型槽中。
进一步,所述的平板试验夹具包括:锁紧部件,用于将所述试验样品锁紧于所述平板夹具岩心槽中。
进一步,所述的U型试验夹具包括:固定部件,用于将所述U型试验夹具进行限位固定。
进一步,将所述U型试验夹具两侧岩心槽内的试验样品的高度设置为高于所述U型试验夹具两侧岩心槽的高度。
进一步,将所述平板试验夹具的岩心槽内的试验样品的高度设置为高于所述平板试验夹具的岩心槽的高度。
进一步,将所述平板试验夹具岩心槽中的试验样品的两端面分别与所述U型试验夹具两侧壁岩心槽中的试验样品的端面对齐。
本实用新型提供的一种用于测试页岩特性的试验装置,将试验样品放置于U型试验夹具和平板试验夹具中,方便对试验样品进行固定,并通过改变应力大小,能够真实的反映页岩的力学特性,高效便捷地实现了对该装置进行不同应力状态下,对页岩特性的不同测试分析。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的U型试验夹具与平板试验夹具的结构示意图;
图2为本实用新型实施例提供的测试页岩特性的试验装置的结构示意图;
图3为本实用新型实施例提供的试验样品试验状态示意图;
图4为本实用新型实施例提供的页岩特性试验测试τ-t曲线示意图;
图5为本实用新型实施例提供的另一页岩特性试验测试τ-t曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
近年来,针对水平井体积改造,页岩可压性是评价页岩油气储层能否被有效压裂的关键参数。而在现有的针对页岩油气储层的稳态-非稳态特性的研究中,由于不同页岩储层的矿物组分变化大,人工合成类似断层泥的岩样比较麻烦,而且有失矿物组分真实性,国内外暂未开展不同应力、围压情况下页岩稳态-非稳态特性评价分析。
为解决现有技术的上述问题,本实用新型实施例提供一种用于测试页岩特性的试验装置。
图1为本实用新型实施例提供的U型试验夹具与平板试验夹具的结构示意图,图2为本实用新型实施例提供的测试页岩特性的试验装置的结构示意图,如图1,图2所示,该装置包括:U型试验夹具104和平板试验夹具105,三块试验样品101、102、103,U型试验夹具104的上岩心槽106和下岩心槽108,平板试验夹具105的岩心槽109,螺钉锁紧装置110,固定装置111。
具体为:利用井下取芯或地面露头,在同一位置采用线切割方式加工制作三块试验样品分别为101,102,103,且试验样品尺寸一致,皆为长方体形,各端面要保证光滑平整。将其中两块试验样品101、103安装在可固定的U型试验夹具104的上岩心槽106和下岩心槽108中,将第三块试验样品102安装在活动的平板试验夹具105岩心槽109中。U型试验夹具104装载试验样品的上岩心槽106高度要小于试验样品101高度1mm-2mm,试验样品101安装在上岩心槽106中,试验样品101下端大约2mm-4mm高度裸露在U型试验夹具U型槽107中,上岩心槽106上部大约有1-2mm高度空白区,U型试验夹具104装载试验样品103的下岩心槽108高度要小于试验样品103高度2mm-4mm,试验样品103安装在下岩心槽108中,试验样品103下端与下岩心槽108底面齐平,试验样品103上端大约2mm-4mm高度裸露在U型试验夹具104的U型槽107中,平板试验夹具105的岩心槽109高度要小于试验样品102高度2mm-4mm,利用平板试验夹具105一侧的螺钉锁紧装置110将试验样品102居中固定安装在平板试验夹具105的岩心槽109中,试验样品102上下两端皆有大约1mm-2mm高度裸露在空气中。
安装好试验样品102的平板试验夹具105居中放置在已经安装好试验样品101、103的U型试验夹具104的U型槽107中,平板试验夹具105中试验样品102的上端面与U型试验夹具104上岩心槽106中试验样品101下端面完全对齐接触,平板试验夹具105中试验样品102的下端面与U型试验夹具104下岩心槽108中试验样品103上端面完全对齐接触。
将安装好试验样品101、102、103的试验夹具104、105放置在试验载台上,U型试验夹具104进行限位固定111。其中,本实用新型实施例对涉及的关于样品、装置的毫米高度不作具体限定。
本实用新型实施例通过配置测试页岩特性的试验装置,能够更好地对页岩样品进行均匀摩擦,调整和增大摩擦面。
基于上述实施例的内容,作为一种可选实施例:如图3所示,图3为本实用新型实施例提供的试验样品试验状态示意图,图中向U型试验夹具上岩心槽上部高度空白区处施加法向应力σ,平板试验夹具外侧一端施加水平应力τ,使得在施加法向应力σ,水平应力τ时,水平应力初始加载速度为v,以施加的法向应力σ和水平应力τ对试验样品进行剪切摩擦。
本实用新型实施例通过向装置中的试验样品施加法向应力和水平应力,使得试验样品进行不同方向的摩擦,便于采集实验的岩屑。
基于上述实施例的内容,作为一种可选实施例:对试验样品进行剪切摩擦测试试验前,首先选择高于试验方案中法向应力最大值σmax的某一法向应力σ′、选择高于试验方案中最大水平应力加载速度vmax的某一水平应力加载速度v′,对试验岩样进行摩擦,降低试验样品接触面粗糙度,根据试验样品加工情况可重复摩擦1-2次,每次重新对试验样品摩擦时都要将试验样品恢复至初始状态。例如,在一组试验方案中,选用的法向应力值分别是10MPa,20MPa,30MPa,那么,此时在本组试验方案在法向应力数据中,30MPa便是最大值,那么选择高于30MPa的法向应力,比如35MPa作为对试验样品进行摩擦的法向应力值。在一组试验方案中,选用的水平应力加载速度为20μm/s,30μm/s,40μm/s,那么选择高于40μm/s为对试验样品进行摩擦的水平应力加载速度,比如45μm/s。
本实用新型实施例通过在进行剪切摩擦测试试验前,对试验样品进行摩擦预处理,这样有利于降低试验样品的接触面粗糙度,使端面保证光滑平整,以提高测试计算的精度。
基于上述实施例的内容,作为一种可选实施例:对所述U型试验夹具岩心槽中的试验样品,施加预设的大小的法向应力,对所述平板试验夹具施加不同的水平应力,使平板试验夹具具有预设的不同大小的水平应力加载速度。
具体为,对试验样品进行同一法向应力、不同水平应力加载速度下的剪切摩擦测试试验,施加法向应力为σ1,水平应力初始加载速度为v1,如图4所示的实验曲线,图4为本实用新型实施例提供的页岩特性试验测试τ-t曲线示意图,图中水平应力随着加载位移增大而增大,当水平应力达到τr完全克服试验样品之间最大静摩擦力时,中间试验样品开始滑动,始终维持法向应力σ1不变,当滑动处于平稳状态时,将水平加载速度v1改变为v2,待滑动ΔL距离,将水平加载速度v2改变为v3,待滑动ΔL距离,将水平加载速度v3改变为v1,按此方式循环加载1-2个周期。
本实用新型实施例通过对试验样品进行同一法向应力、不同水平应力加载速度,得到试验样品在不同水平应力加载速度下的曲线图。
基于上述实施例的内容,作为一种可选实施例:对所述U型试验夹具岩心槽中的试验样品施加预设的法向应力,并对所述平板试验夹具施加水平应力,使平板试验夹具具有预设的加载速度,对所述试验样品进行剪切摩擦操作,包括:
对所述U型试验夹具岩心槽中的试验样品,施加预设的不同大小的法向应力,对所述平板试验夹具施加相同的水平应力,使平板试验夹具具有一预设的大小的水平应力加载速度。
具体为,施加法向应力为σ1,水平应力初始加载速度为v1,如图5所示的实验曲线,图5为本实用新型实施例提供的另一页岩特性试验测试τ-t曲线示意图,图中水平应力随着加载位移增大而增大,当水平应力达到τr完全克服试验样品之间最大静摩擦力时,中间试验样品开始滑动,始终维持法向应力σ1不变,当滑动处于平稳状态时,将水平加载速度v1改变为v2,待滑动ΔL距离,将水平加载速度v2改变为v3,待滑动ΔL距离,将水平加载速度v3改变为v1,按此方式循环加载1-2个周期。
本实用新型实施例通过对试验样品进行不同法向应力、同一水平应力加载速度,得到试验样品在不同水平应力加载速度下的曲线图。
本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本实用新型的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (3)

1.一种用于测试页岩特性的试验装置,其特征在于,所述的试验装置包括:
U型试验夹具和平板试验夹具;
所述的U型试验夹具的两相对侧壁分别具有岩心槽,所述平板试验夹具具有岩心槽,所述岩心槽设置于U型试验夹具的U型槽中。
2.根据权利要求1所述的试验装置,其特征在于,所述的平板试验夹具包括:锁紧部件,用于将试验样品锁紧于所述平板夹具岩心槽中。
3.根据权利要求1所述的试验装置,其特征在于,所述的U型试验夹具包括:固定部件,用于将所述U型试验夹具进行限位固定。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109342184A (zh) * 2018-11-09 2019-02-15 中国石油天然气集团有限公司 一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统

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