一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法技术

一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其特征在于：1)将岩石材料加工成预定尺寸的试件，对试件进行加工预制裂缝；2)将试件密封在孔压封头之间，随后将试件安放到夹持夹具中，再将夹持夹具固定在围压腔内；3)上升小车至围压筒压头与刚架压头贴紧，向围压腔内注满液压油，对试件依次施加围压、孔隙压力，将围压腔内的液体加热至预定温度，按照设定的加载速率对试件加载，记录实验数据直至试件破坏；4)对试件依次撤除轴压、孔隙压力、围压，待围压腔内的液体冷却至室温时，取出试件。本发明专利技术提供的实验方法，能够用于研究孔隙压力、围压、温度等因素对岩石材料断裂韧性的影响，所得到的研究结果可以为水力压裂模型计算提供准确的参数支持。

【技术实现步骤摘要】
一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法
本专利技术属于石油工程岩石力学领域，特别是涉及一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法。
技术介绍
我国低渗透油气田资源非常丰富，近几年我国探明的石油地质储量中，低渗透储量的比例占60％～70％，可见低渗透油田或者特(超)低渗透油田将是今后相当一个时期内增储上产的主要资源基础。低渗透储层低孔、低渗、非均质强、储量丰度低，且易受损害，绝大多数油气井必须实施压裂增产措施后方能见产能。水力压裂技术已经成为低渗透、特低渗透油田改造的重要措施，其工艺技术水平对油气的经济开发有着直接的影响。岩石的断裂韧性是判断裂缝是否进入失稳状态的一个指标，是水力压裂设计和数值模拟中的一个重要参数。绝大多数地层岩石都含有孔隙，岩石孔隙中的流体具有一定的孔隙压力，而岩石孔隙中的压力对它的断裂韧性的影响是显著的。现阶段岩石材料的断裂韧性研究及测试均没有考虑孔隙压力的影响，岩石材料的断裂韧性测试结果不能反映地层的真实情况。此外，不考虑岩石内部孔隙压力的作用，所得到的断裂韧性测试结果用于模型计算也将不能得到准确的结果。因此有必要进行岩石材料在含孔隙压力条件下的断裂韧性试验研究。本专利技术涉及一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，能够用于研究孔隙压力、围压、温度等因素对岩石材料断裂韧性的影响，所得到的研究成果可以为水力压裂模型计算提供准确的参数支持。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，能够用于研究孔隙压力、围压、温度等因素对岩石材料断裂韧性的影响。本专利技术第一方面的技术方案如下所述：一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，1.将岩石材料加工成预定尺寸的试件，对试件进行加工预制裂缝；2.将试件密封在孔压封头之间，随后将试件安放到夹持夹具中，再将夹持夹具固定在围压腔内；3.上升小车至围压筒与刚架压头贴紧并产生0.1N-0.2N的预紧力，向围压筒内注满液压油，对试件依次施加围压、孔隙压力，将围压腔内的液体加热至预定温度，按照设定的加载速率对试件加载，记录实验数据直至试件破坏；4.对试件依次撤除轴压、孔隙压力、围压，待围压腔内的液体冷却至室温时，取出试件。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤1中，所述试件为长方体试件，试件长度不得小于76mm，试件高度为长度的一半，试件厚度为30mm。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤1中，所述试件的预制裂纹的厚度不得大于1.5mm，预制裂纹的长度为试件高度的0.4～0.6倍。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤1中，所述试件的预制裂纹采用线切割锯进行加工。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤2中，所述试件采用热塑管加热固定在两个孔压封头之间，孔压封头的密封槽内含有密封件，采用压紧件将密封件与热塑管压死，从而实现对试件进行密封。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤2中，所述试件下端安放在夹持夹具的两根支撑辊上，夹具压头上的支撑辊顶住试件上端。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤2中，所述夹持夹具通过螺栓固定在围压筒底座上，围压筒与围压筒底座之间通过螺栓进行固定。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤3中，所述孔压封头上开有注液口与出液口，试件密封在两个孔压封头之间，通过向注液口注液对试件施加孔隙压力。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤3中，所述施加的孔隙压力应小于施加的围压。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤3中，所述围压筒底座上安装有加热棒，用于对围压腔内的液体进行加热。如上所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其中，在步骤3中，所述对试件采用位移控制方式进行加载。本专利技术第二方面涉及一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验装置，其包括试验机、围压腔和夹持夹具：所述试验机包括刚架，该刚架内安装所述围压腔，该围压腔内装有所述夹持夹具，所述试验机刚架上端安装刚架压头，用于压紧所述围压腔，该围压腔下方的试验机刚架上还包括小车，该小车下方装有滑轨，该滑轨的数量为至少两条，所述至少两条滑轨内侧的刚架上设置液压缸，该液压缸内有液压轴，该液压缸及液压轴用于将所述小车升起或降低，当液压缸及液压轴处于压缩状态时，小车可沿滑轨滑动，液压缸连接油压泵；所述围压腔包括围压筒，该围压筒装在围压筒底座上，所述围压筒包括排气孔，该排气孔连接阀门I，所述围压筒底座包括注液孔，该注液孔连接阀门II，所述围压筒与围压筒底座之间通过密封圈密封，当向围压腔内注入液体时，排气孔用于排出围压腔内的气体；当需要排出围压腔内的液体时，排气孔用于泵入高压气体；所述夹持夹具包括夹持底座，该夹持底座上装有立柱，上盖板通过四根所述立柱固定在所述夹持底座上，该夹持底座包括滑槽，该滑槽上设置至少一个支撑板，该支撑板上方安装待测试的试件，下板通过螺栓固定于所述夹持底座上，所述上盖板上设置夹具压头，该夹具压头穿过上盖板中心的通孔，然后与待测试的试件接触，上圈通过四根定位螺栓固定于夹具压头的外圆周，所述下板上开有至少一个探针孔，该探针孔内安放有传感器，所述上圈安装探针，该探针的底部插入所述下板的探针孔中，所述传感器通过测量探针下降距离来确定试件的变形量。优选的是，所述探针孔内安放有LVDT传感器，所述上圈安装探针，该探针的底部插入所述下板的探针孔中，LVDT传感器通过测量探针下降距离来确定试件的变形量，LVDT传感器(英文全称LinearVariableDifferentialTransformer)是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器。在上述任一方案中优选的是，所述支撑板上端面包括半圆形凹槽，该凹槽内设置支撑辊，支撑辊可在支撑板的半圆形凹槽内滚动。在上述任一方案中优选的是，所述支撑板通过螺栓固定在夹持底座的滑槽上。在上述任一方案中优选的是，所述围压筒底座包括定位杆，所述围压筒的底边缘包括定位孔，当所述围压筒与所述围压筒底座装配在一起时，定位杆用于对齐围压筒和围压筒底座上的螺栓孔。在上述任一方案中优选的是，所述液压缸通过液压轴分为上下两个压力腔，当向下部压力腔注液时，上部压力腔出液，液压轴上升；当向上部压力腔注液时，下部压力腔出液，液压轴下降。在上述任一方案中优选的是，所述小车由液压轴控制上升、下降，当小车下降至滑轨时，小车可以沿滑轨滑动。在上述任一方案中优选的是，所述围压筒包括围压筒压头，所述围压筒与围压筒压头之间通过密封圈密封。在上述任一方案中优选的是，所述围压筒与围压筒底座之间通过螺栓固定。在上述任一方案中优选的是，所述围压筒底座上安装有加热棒，用于对围压腔内的液体进行加热。在上述任一方案中优选的是，所述夹持底座通过螺栓固定在围压筒底座上。在上述任一方案中优选的是，通过调节支撑板在滑槽上的位置来控制试件的跨度，从而调节试件的长度。在上述任一方案中优选的是，所述夹具压头底部开有凹槽，该凹槽内装有支撑辊，该支撑辊与待测试的试件接触，更优选的是，支撑辊通过焊接固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其特征在于：1.将岩石材料加工成预定尺寸的试件，对试件进行加工预制裂缝；2.将试件密封在孔压封头之间，随后将试件安放到夹持夹具中，再将夹持夹具固定在围压腔内；3.上升小车至围压筒与刚架压头贴紧并产生0.1N‑0.2N的预紧力，向围压筒内注满液压油，对试件依次施加围压、孔隙压力，将围压腔内的液体加热至预定温度，按照设定的加载速率对试件加载，记录实验数据直至试件破坏；4.对试件依次撤除轴压、孔隙压力、围压，待围压腔内的液体冷却至室温时，取出试件。

【技术特征摘要】
1.一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其特征在于：1.将岩石材料加工成预定尺寸的试件，对试件进行加工预制裂缝；2.将试件密封在孔压封头之间，随后将试件安放到夹持夹具中，再将夹持夹具固定在围压腔内；3.上升小车至围压筒与刚架压头贴紧并产生0.1N-0.2N的预紧力，向围压筒内注满液压油，对试件依次施加围压、孔隙压力，将围压腔内的液体加热至预定温度，按照设定的加载速率对试件加载，记录实验数据直至试件破坏；4.对试件依次撤除轴压、孔隙压力、围压，待围压腔内的液体冷却至室温时，取出试件。2.如权利要求1所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其特征在于：所述试件为长方体试件，试件长度不得小于76mm，试件高度为长度的一半，试件厚度为30mm。3.如权利要求1所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其特征在于：所述试件的预制裂纹的厚度不得大于1.5mm，预制裂纹的长度为试件高度的0.4～0.6倍。4.如权利要求1所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其特征在于：所述试件采用热塑管加热固定在两个孔压封头之间，孔压封头的密封槽内含有密封件，采用压紧件将密封件与热塑管压死，从而实现对试件进行密封。5.如权利要求1所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其特征在于：所述施加的孔隙压力应小于施加的围压。6.如权利要求1-5中任一项所述的一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验方法，其特征在于：采用孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验装置，该装置包括试验机、围压腔和夹持夹具：所述试验机包括刚架(1)，该刚架(1)内安装所述围压腔，该围压腔内装有所述夹持夹具，试验机的刚架(1)上端安装刚架压头(2)，用于压紧所述围压腔，该围压腔下方的刚架(1)上还包括小车(7)，该小车(7)下方装有滑轨(8)，该滑轨(8)的数量为至少两条，至少两条滑轨(8)内侧的刚架(1)上设置液压缸(10)，该液压缸(10)内有液压轴(9)，该液压缸(10)及液压轴(9)用于将小车(7)升起或降低，当液压缸(10)及液压轴(9)处于压缩状态时，小车(7)可沿滑轨(8)滑动，液压缸(10)连接油压泵；所述围压腔包括围压筒(4)，该围压筒(4)装在围压筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广清，刘志斌，王元元，董昊然，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11