一种人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统及方法，包括围压加载系统，冲击剪切系统和渗透率测试系统，其中围压加载系统不仅能对试样施加不同的围压，同时其能使冲击杆和透射杆分别与试样夹持器之间压紧固定密封，为后续测定渗透率时进行密封；冲击剪切系统用于在对试样进行冲击剪切时施加冲击力，进而通过第一剪切头和第二剪切头各自非对称设置的突出部实现对试样的冲击剪切错动，完成试验后试样内部形成自支撑结构对产生的裂隙进行支撑；最后对冲击剪切前后的渗透率进行对比分析，通过改变参数进行多次试验从而能测定不同试样围压、不同冲击压力及不同渗流气压下对冲击剪切前后的渗透率影响情况，为后续现场实施提供数据支撑。实施提供数据支撑。实施提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统及方法，属于岩石力学与渗流力学领域。

技术介绍

[0002]除水力压裂外，高能气体压裂、爆炸压裂、甲烷原位燃爆压裂等方法也逐步发展，对油气开发有重要的促进作用。在水力压裂工艺中，为了防止压裂裂隙闭合，往往需要在压裂液中添加支撑剂，压裂液反排后靠遗留在裂隙内的支撑剂颗粒撑开裂隙，为油气渗流提供通道。与水力压裂这种准静态压裂不同的是，在高能气体压裂、爆炸压裂、甲烷原位燃爆压裂这些冲击动载的压裂方式作用下，储层的压裂裂缝普遍会发生剪切错动，裂隙面的错动会形成自支撑结构，从而防止裂隙面的压闭。由于上述那些动载冲击压裂成本低，也无需添加支撑剂，因此，具有较好的推广前景，但是为了保证压裂后油气的持续抽采，因此需要确定冲击剪切后的裂隙自支撑结构的渗透率，而目前原位测试冲击剪切后的储层渗透率难以实现，并且相关的实验系统与方法也未见研究。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统及方法，能测定不同试样围压、不同冲击压力及不同渗流气压下对冲击剪切前后的渗透率影响情况，为后续现场实施提供数据支撑。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统，包括围压加载系统，冲击剪切系统和渗透率测试系统；
[0005]所述围压加载系统，包括试样夹持器、第一剪切头、第二剪切头、冲击杆、透射杆和围压控制器，所述试样夹持器内部沿中心轴开设通孔，用于放入试样、第一剪切头、第二剪切头、冲击杆和透射杆，其中试样处于中间，第一剪切头和第二剪切头分别处于试样两端，所述第一剪切头和第二剪切头靠近试样一端分别设有形状相同的突出部、且第一剪切头和第二剪切头的突出部在试样两侧呈非对称设置；冲击杆和透射杆分别处于第一剪切头和第二剪切头远离试样的一侧，所述试样夹持器内设有第一腔体、第二腔体和第三腔体，围压控制器通过耐压管分别与第一腔体、第二腔体和第三腔体连接，用于控制向三个空腔内的注水压力；所述冲击杆穿过第一腔体，试样侧壁被第二腔体包围，透射杆穿过第三腔体，围压控制器通过第二腔体对试样施加围压，并通过第一腔体和第三腔体分别对冲击杆和透射杆施加围压；
[0006]所述冲击剪切系统，包括第一气瓶、气室压力控制器、储气室、冲击弹头和导槽，第一气瓶通过第一输气管与气室压力控制器的进气端连接，气室压力控制器的出气端与储气室的进气口连接，第一气瓶通过气室压力控制器向储气室内注入气体；储气室的出气口处装有电磁阀，储气室内部设有第一气压传感器，气室压力控制器通过线缆与电磁阀和第一气压传感器连接，用于接收第一气压传感器检测的储气室内的实时气压值，并与设定的阈
值进行分析处理，进而对电磁阀的开闭进行控制；所述导槽为两端敞口的圆筒形，导槽一端固定在储气室外部且与出气口连接，导槽另一端对准冲击杆，冲击弹头装在导槽内；当电磁阀开启时，储气室内的高压气体冲入导槽内推动冲击弹头沿导槽轴向滑动加速，直至与冲击杆碰撞，使冲击能量依次经过冲击杆、第一剪切头、试样、第二剪切头和透射杆；
[0007]所述渗透率测试系统，包括第二气瓶、渗流控制器和流量计，所述冲击杆、第一剪切头、第二剪切头和透射杆各自内部均设有供气体流动的通气道；冲击杆与第一剪切头靠近的一端、透射杆与第二剪切头靠近的一端、第一剪切头两端和第二剪切头两端均为开设渗流槽的渗流端面；所述第二气瓶通过第二输气管与渗流控制器的进气端连接，渗流控制器的排气端通过耐压气管与冲击杆的通气道一端连接，流量计装在透射杆的通气道一端，冲击杆和第一剪切头之间装有第二气压传感器，透射杆和第二剪切头之间装有第三气压传感器，渗流控制器通过线缆与流量计、第二气压传感器和第三气压传感器连接，用于将第二气瓶排出的气体输送至冲击杆的通气道内，并使气体依次经过第一剪切头、试样、第二剪切头和透射杆，最后通过获取流量计、第二气压传感器和第三气压传感器的检测数据，对试样的渗透率进行测定。
[0008]进一步，所述突出部的形状为梯形或矩形或楔形。可根据需要选择不同形状及不同长度的突出部，从而实现不同剪切距离及不同剪切受力面的调整。
[0009]进一步，所述第一腔体内装有第一液压传感器，第二腔体内装有第二液压传感器，第三腔体内装有第三液压传感器，第一液压传感器、第二液压传感器和第三液压传感器均与围压控制器连接，用于将第一腔体、第二腔体和第三腔体各自内部的检测液体压力值反馈给围压控制器。通过设置液压传感器能对各个空腔内的压力值进行精准控制。
[0010]进一步，在第一输气管上装有第一减压阀，第二输气管上装有第二减压阀。通过设置减压阀能防止气体从气瓶中排出时压力值，便于后续运输。
[0011]进一步，所述冲击杆两端、以及透射杆靠近第二剪切头的一端均装有缓冲橡胶垫。通过设置缓冲橡胶垫在进行冲击剪切试验时起到一定的缓冲作用，提高冲击杆、透射杆、第一剪切头和第二剪切头的使用寿命。
[0012]上述人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统的工作方法，具体步骤为：
[0013]A、首先从所需测试的煤矿中选取煤体，并加工成圆柱形的试样，利用压力试验机将试样沿其轴向劈裂形成第一半面和第二半面，然后将试样按照劈裂面重新闭合，若选取硬度较小的煤体制成试样，则试样可以不预先劈裂(需确保该煤体能在后续冲击剪切试验时被剪切错动，如无法实现则需预先劈裂)；接着从试样夹持器一端放入透射杆，从试样夹持器另一端依次放入第二剪切头、试样、第一剪切头，确保第一剪切头和第二剪切头各自的突出部分别对应接触已劈裂试样的两个半面的端部，之后将冲击杆和透射杆的通气道接入渗流控制器，并将渗流率测试系统的各个部分组装完成；
[0014]B、设定一个试样的围压值，通过围压控制器向试样夹持器的第二腔体内注水加压，第二液压传感器将第二腔体内的液体压力数据实时反馈给围压控制器，待第二腔体内压力值达到设定的围压值时，停止对第二腔体加压并保持当前压力值，加压完毕；通过与第二腔体加压同样的控制方式，使第一腔体和第三腔体分别给冲击杆和透射杆加压至5MPa并保持，进而保证冲击杆和透射杆分别与试样夹持器之间压紧固定密封；
[0015]C、完成各个空腔的压力设定后，开始测定试样的初始渗透率，气体从第二气瓶内
排出后经过第二减压阀的减压后进入渗流控制器，渗流控制器设定渗流气压值，使气体压力由耐压气管进入冲击杆的通气道，并依次经过第一剪切头、试样、第二剪切头和透射杆直至流量计，其中第二气压传感器用于监测进入试样之前的气压并反馈给渗流控制器，渗流控制器根据反馈的气压对注入的气体压力进行调整直至使进入试样之前的气压值达到设定的渗流气压值，并保持该注入状态；通过第三气压传感器实时监测从试样经过之后的气压并反馈给渗流控制器，通过流量计实时监测从透射杆的通气道排出的气体流量并反馈给渗流控制器，渗流控制器结合第二气压传感器、第三气压传感器和流量计采集的数据计算得出在当前试样围压下试样的初始渗流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统，其特征在于，包括围压加载系统，冲击剪切系统和渗透率测试系统；所述围压加载系统，包括试样夹持器、第一剪切头、第二剪切头、冲击杆、透射杆和围压控制器，所述试样夹持器内部沿中心轴开设通孔，用于放入试样、第一剪切头、第二剪切头、冲击杆和透射杆，其中试样处于中间，第一剪切头和第二剪切头分别处于试样两端，所述第一剪切头和第二剪切头靠近试样一端分别设有形状相同的突出部、且第一剪切头和第二剪切头的突出部在试样两侧呈非对称设置；冲击杆和透射杆分别处于第一剪切头和第二剪切头远离试样的一侧，所述试样夹持器内设有第一腔体、第二腔体和第三腔体，围压控制器通过耐压管分别与第一腔体、第二腔体和第三腔体连接，用于控制向三个空腔内的注水压力；所述冲击杆穿过第一腔体，试样侧壁被第二腔体包围，透射杆穿过第三腔体，围压控制器通过第二腔体对试样施加围压，并通过第一腔体和第三腔体分别对冲击杆和透射杆施加围压；所述冲击剪切系统，包括第一气瓶、气室压力控制器、储气室、冲击弹头和导槽，第一气瓶通过第一输气管与气室压力控制器的进气端连接，气室压力控制器的出气端与储气室的进气口连接，第一气瓶通过气室压力控制器向储气室内注入气体；储气室的出气口处装有电磁阀，储气室内部设有第一气压传感器，气室压力控制器通过线缆与电磁阀和第一气压传感器连接，用于接收第一气压传感器检测的储气室内的实时气压值，并与设定的阈值进行分析处理，进而对电磁阀的开闭进行控制；所述导槽为两端敞口的圆筒形，导槽一端固定在储气室外部且与出气口连接，导槽另一端对准冲击杆，冲击弹头装在导槽内；当电磁阀开启时，储气室内的高压气体冲入导槽内推动冲击弹头沿导槽轴向滑动加速，直至与冲击杆碰撞，使冲击能量依次经过冲击杆、第一剪切头、试样、第二剪切头和透射杆；所述渗透率测试系统，包括第二气瓶、渗流控制器和流量计，所述冲击杆、第一剪切头、第二剪切头和透射杆各自内部均设有供气体流动的通气道；冲击杆与第一剪切头靠近的一端、透射杆与第二剪切头靠近的一端、第一剪切头两端和第二剪切头两端均为开设渗流槽的渗流端面；所述第二气瓶通过第二输气管与渗流控制器的进气端连接，渗流控制器的排气端通过耐压气管与冲击杆的通气道一端连接，流量计装在透射杆的通气道一端，冲击杆和第一剪切头之间装有第二气压传感器，透射杆和第二剪切头之间装有第三气压传感器，渗流控制器通过线缆与流量计、第二气压传感器和第三气压传感器连接，用于将第二气瓶排出的气体输送至冲击杆的通气道内，并使气体依次经过第一剪切头、试样、第二剪切头和透射杆，最后通过获取流量计、第二气压传感器和第三气压传感器的检测数据，对试样的渗透率进行测定。2.根据权利要求1所述人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统，其特征在于，所述突出部的形状为梯形或矩形或楔形。3.根据权利要求1所述人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统，其特征在于，所述第一腔体内装有第一液压传感器，第二腔体内装有第二液压传感器，第三腔体内装有第三液压传感器，第一液压传感器、第二液压传感器和第三液压传感器均与围压控制器连接，用于将第一腔体、第二腔体和第三腔体各自内部的检测液体压力值反馈给围压控制器。4.根据权利要求1所述人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统，其特征在于，在第一输气管上装有第一减压阀，第二输气管上装有第二减压阀。
5.根据权利要求1所述人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统，其特征在于，所述冲击杆两端、以及透射杆靠近第二剪切头的一端均装有缓冲橡胶垫。6.一种根据权利要求1至5任一项所述人工裂缝试样冲击剪切渗透率测试系统的工作方法，其特征在于，具体步骤为：A、首先从所需测试的煤矿中选取煤体，并加工成...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟成，唐伟，王辉，刘厅，徐吉钊，余旭，孙勇，丛钰洲，郑仰峰，李宇杰，朱薪宇，陈爱坤，王宇，黄婷，徐鹤翔，石克龙，
申请(专利权)人：江苏拓海煤矿钻探机械有限公司，
类型：发明
国别省市：