页岩断层滑移力学特性试验装置和测试方法制造方法及图纸

技术编号：44691066 阅读：4 留言：0更新日期：2025-03-19 20:39

本发明专利技术涉及岩土工程技术领域，提出一种页岩断层滑移力学特性试验装置和测试方法，试验装置包括：用于向岩心试样施加围压的围压加载模块；用于向岩心试样施加轴压的轴压加载模块；注水循环模块，与岩心试样上的注水孔相连通，以向岩心试样施加注水压力；监测模块，具有轴向传感器、径向传感器和超声波探头，轴向传感器沿岩心试样的轴线方向设在岩心试样的两端之间，径向传感器套接在岩心试样的外周面上，超声波探头设于岩心试样的断层面的外周。本发明专利技术所述的页岩断层滑移力学特性试验装置和测试方法能获取页岩断层滑移的激活及其对岩石力学性质的影响机制，为采油工程的施工提供理论依据。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩土工程，尤其涉及一种页岩断层滑移力学特性试验装置和测试方法。

技术介绍

1、油气资源大多都贮藏在页岩中，不易开采，故对于页岩气与页岩油的开采，是油气能源行业中的重中之重。页岩成分复杂，且大多含有断层与裂缝带，所以力学性质多变，极大增加了采油难度。因此，有必要对断层以及裂缝带对页岩剪切力学特性的影响进行研究，为采油工程的施工提供理论依据。在油井中，套管是在抽油管外层用于保护抽油管的钢制管材，在整个抽油系统的最外层直接与石油或地层接触。油田生产过程中，当工程、地质、生产动态变化等因素对套管产生的载荷超过套管的承载能力时，套管就会产生破坏，即套管损坏。套管损坏的层位和深度不尽相同，其中断层滑移是引发套管损坏的主要原因之一。应力和地层压力差异分别是层面滑动的静态和动态原因，在受断层倾角的影响下，由于重力水平分力和断层两侧地层孔隙压力差的作用会产生局部应力集中，使断层上下盘沿断层面产生局部滑移。为了明确页岩断层滑移的激活及其对岩石力学性质的影响机制，需要设计一种测量页岩断层滑移力学特性的装置和方法。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种页岩断层滑移力学特性试验装置和测试方法，获取页岩断层滑移的激活及其对岩石力学性质的影响机制，为采油工程的施工提供理论依据。

2、本专利技术的上述技术目的主要通过以下技术方案实现：

3、一方面，本专利技术提供一种页岩断层滑移力学特性试验装置，其包括：

4、用于向岩心试样施加围压的围压加载模块；

<p>5、用于向所述岩心试样施加轴压的轴压加载模块；

6、注水循环模块，与所述岩心试样上的注水孔相连通，以向所述岩心试样施加注水压力，模拟压裂施工条件；

7、监测模块，具有轴向传感器、径向传感器和超声波探头，所述轴向传感器沿所述岩心试样的轴线方向设在所述岩心试样的两端之间，用于测量所述岩心试样的轴向压力和轴向变形，所述径向传感器套接在所述岩心试样的外周面上，用于测量所述岩心试样的径向变形，所述超声波探头设于所述岩心试样的断层面的外周，用于测量试验过程中所述断层面产生的超声波的波速。

8、本专利技术所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，对含断层面的岩心试样进行储层条件下的三轴压缩试验，利用径向传感器、轴向传感器和超声波探头，获取岩心试样在不同压裂施工条件下的断层滑移特征和激活条件，小巧轻便，操作简单，能提高实验效率。

9、本专利技术所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，提供注水、围压和轴压等条件来模拟地下的真实情况，可以使含断层面的岩心试样最大程度上模拟地下断层，并且后续可以通过观察试验后岩心试样破坏形态和处理实验数据对岩心表面所受应力情况进行分析，对岩心的破坏机理进行后续的解释。

10、本专利技术所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，能够对设有断层面的岩心试样的力学特性进行测试，根据在轴向加载过程中监测模块监测的各种数据，不仅可以获得岩心试样的应力-应变曲线，察曲线变化判断断层滑移时间点，而且可以得到弹性模量、泊松比等参数。还可以将多方监测数据结合岩心试样破坏后形态统一分析，精准的获得岩心发生断层滑移和裂缝破坏的时间及其特征，进而为采油工程的施工提供理论依据。

11、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，在测试过程中，所述超声波探头测量的超声波的波速包括纵波波速和横波波速。

12、在本实施方式中，通过在轴向加载过程中监测纵波波速和横波波速，结合岩心试样的应力应变数据可以得到岩心试样的动弹性模量和动泊松比，为岩心试样的力学特征提供参考数据。

13、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，所述围压加载模块包括：

14、围压筒，其内形成有用于放置所述岩心试样的围压加载腔；

15、注油管线，与所述围压加载腔相连，用于向所述围压加载腔内供油形成围压。

16、在本实施方式中，采用密闭腔室供液加压的方式对岩心试样施加围压，不仅结构简单，而且在岩心试样外周形成的围压较为均匀，确保岩心试样的稳定性。

17、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，所述注油管线的一端连接有注油泵，所述注油管线上设有压力计和开关阀。

18、在本实施方式中，注油泵用于向围压加载腔内供给油液，压力计用于观测围压加载腔内油液的压力，开关阀能够控制注油管线的开启和关闭。

19、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，所述轴压加载模块包括：

20、上活塞，设在所述围压筒内的顶壁上；

21、下活塞，设在所述围压筒内的底壁上，所述下活塞与所述上活塞上下相对；

22、下压头，放置在所述上活塞上，所述岩心试样放置在所述下压头的上方；

23、上压头，放置在所述岩心试样的上方；

24、其中，所述上活塞和/或所述下活塞的伸出能驱动所述上活塞和所述下活塞分别与所述上压头和所述下压头相抵接，并驱动所述上压头和所述下压头相互靠近形成轴压。

25、在本实施方式中，设置有上压头和下压头作为中间传力构件，上压头和下压头可以根据岩心试样的形状进行适应性设计，进而便于岩心试样的安装，也可以根据不同岩心试样的需要更换不同类型的上压头和下压头。

26、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，所述轴向传感器连接在所述上压头和所述下压头之间。

27、在本实施方式中，上压头和下压头分别与岩心试样的上下两端相连，由于上压头和下压头为固定形状件，而岩心试样在测试过程中发生滑移变形，因此，相对于将轴向传感器连接在岩心试样的上下两端之间，将其连接在上压头和下压头，测试结果更为准确。

28、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，所述岩心试样的外周套设有热缩管，所述热缩管的上下两端分别与所述上压头和所述下压头密封连接。

29、在本实施方式中，热缩管能够起到密封效果，热缩管充分加热后会完全贴合岩心试样的外侧壁，进而将岩心试样与围压加载腔内的油液隔离，避免油液进入岩心试样内。

30、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，所述超声波探头和所述径向传感器均设在所述热缩管的外周。

31、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，所述上活塞、所述下活塞、所述上压头和所述下压头上均开设有管线通道，所述注水循环模块内的水循环管线穿设在所述管线通道内。

32、在本实施方式中，水循环管线穿过活塞和压头上的管线通道直接与岩心试样相连，避免水循环管线与围压加载腔内的高压油液接触，进而保证注水循环过程能顺利进行，同时也能够避免油液与水产生混合的风险。

33、在本专利技术的一个较佳的实施方式中，所述上压头和所述下压头与所述岩心试样之间均设有滤水垫片，所述水循环管线内的水能通过所述滤水垫片进入所述注水孔内和/或所述注水孔内的水能通过所述滤水垫片回流入所述水循环管线内。

34、在本实施方式中，滤水垫片能对水循环管线内流通的水进行过滤，避免岩心试样内产生的杂质进入水循环管线内。

35、在本专利技术的一个较佳的实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述围压加载模块包括：

3.根据权利要求2所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述注油管线(21)的一端连接有注油泵(22)，所述注油管线(21)上设有压力计和开关阀(45)。

4.根据权利要求2所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述轴压加载模块包括：

5.根据权利要求4所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述轴向传感器(50)连接在所述上压头(32)和所述下压头(33)之间。

6.根据权利要求4所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述岩心试样(10)的外周套设有热缩管(14)，所述热缩管(14)的上下两端分别与所述上压头(32)和所述下压头(33)密封连接。

7.根据权利要求6所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述超声波探头(52)和所述径向传感器(51)设在所述热缩管(14)的外周。

8.根据权利要求4所述的

9.根据权利要求8所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述上压头(32)和所述下压头(33)与所述岩心试样(10)之间均设有滤水垫片(34)，所述水循环管线内水能通过所述滤水垫片(34)进入所述注水孔内和/或所述注水孔内的水能通过所述滤水垫片(34)回流入所述水循环管线内。

10.根据权利要求1所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述注水循环模块包括：

11.根据权利要求10所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述注水管线(40)的一端和所述出水管线(41)的一端均连接有孔压泵(42)，所述注水管线(40)和所述出水管线(41)上均设有油水隔离器(44)和开关阀(45)，所述注水管线(40)上还设有压力计。

12.一种页岩断层滑移力学特性测试方法，其特征在于，所述测试方法采用权利要求1-11中任一项所述的页岩断层滑移力学特性试验装置实施，所述测试方法包括：

13.根据权利要求12所述的页岩断层滑移力学特性测试方法，其特征在于，在测试过程中，所述超声波探头(52)测量的超声波的波速包括纵波波速和横波波速。

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【技术特征摘要】

1.一种页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述围压加载模块包括：

4.根据权利要求2所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述轴压加载模块包括：

5.根据权利要求4所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述轴向传感器(50)连接在所述上压头(32)和所述下压头(33)之间。

7.根据权利要求6所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述超声波探头(52)和所述径向传感器(51)设在所述热缩管(14)的外周。

8.根据权利要求4所述的页岩断层滑移力学特性试验装置，其特征在于，所述上活塞(30)、所述下活塞(31)、所述上压头(32)和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐梅荣，蔡鼎山，孙斌，靳锐恒，周大伟，张广清，孙晨皓，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：

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