一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统，该方法包括：对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；根据所述剪切摩擦操作的样品岩屑，确定试验样品的组成成分；根据所述的试验样品的组成成分、预设的法向应力以及预设的加载速度确定页岩特性。本发明专利技术提供的一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统，能够真实的反映页岩的力学特性，而且通过改变应力大小，更为高效便捷地实现了不同应力状态下的页岩特性测试分析。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统
本专利技术涉及页岩油气存储中岩石特性
，特别涉及一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统。
技术介绍
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与分析方法。
技术实现思路
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，本专利技术提供了一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统。第一方面，本专利技术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。第二方面，本专利技术提供一种测试页岩特性的方法，所述的方法利用前述的装置进行剪切摩擦测试确定页岩特性，所述的方法包括：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；根据所述剪切摩擦操作的样品岩屑，确定试验样品的组成成分；根据所述的试验样品的组成成分、预设的法向应力以及预设的加载速度确定页岩特性。第三方面，本专利技术提供一种测试页岩特性的系统，所述的系统包括：用于测试页岩特性的试验装置和页岩特性确定装置；其中，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；通过所述试验装置对所述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；所述的页岩特性确定装置包括：组成成分确定模块，用于根据所述剪切摩擦操作的样品岩屑，确定试验样品的组成成分；页岩特性确定模块，根据所述的试验样品的组成成分、预设的法向应力以及预设的加载速度确定页岩特性。本专利技术提供了一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统，能够真实的反映页岩的力学特性，而且通过改变应力大小，更为高效便捷地实现了不同应力状态下的页岩特性测试分析。为让本专利技术的上述和其他目的、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专利技术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专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的U型试验夹具与平板试验夹具的结构示意图；图2为本专利技术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为本专利技术实施例提供的测试页岩特性方法的流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的试验样品试验状态示意图；图5为本专利技术实施例提供的页岩特性试验测试τ-t曲线示意图；图6为本专利技术实施例提供的同一试验样品不同法向应力下稳态速度依赖性参数的平均值图版示意图；图7为本专利技术实施例提供的不同试验样品不同法向应力下页岩特性图版示意图；图8为本专利技术实施例提供的另一页岩特性试验测试τ-t曲线示意图；图9为本专利技术实施例提供的另一同一试验样品不同法向应力下稳态速度依赖性参数的平均值图版示意图；图10为本专利技术实施例提供的另一不同试验样品不同法向应力下页岩特性图版示意图；图11为本专利技术实施例提供的测试页岩特性的系统图；图12为本专利技术实施例提供的页岩特性确定装置的框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。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，本专利技术实施例提供一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统，其专利技术构思是：对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；根据所述剪切摩擦操作的样品岩屑，确定试验样品的组成成分；根据所述的试验样品的组成成分、预设的法向应力以及预设的加载速度确定页岩特性。通过本专利技术实施例提供的一种用于测试页岩特性的试验装置、方法和系统，能够真实的反映页岩的力学特性，而且通过改变应力大小，更为高效便捷的实现了不同应力状态下的页岩特性测试分析。图1为本专利技术实施例提供的U型试验夹具与平板试验夹具的结构示意图，图2为本专利技术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，试验本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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，用于将所述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。4.一种测试页岩特性的方法，其特征在于，所述的方法利用前述的权利要求1-3任一项所述的装置进行剪切摩擦测试确定页岩特性，所述的方法包括：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；根据所述剪切摩擦操作的样品岩屑，确定试验样品的组成成分；根据所述的试验样品的组成成分、预设的法向应力以及预设的加载速度确定页岩特性。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对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，进行剪切摩擦操作之前，还包括：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；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；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。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述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之前，还包括：以大于预设的最大法向应力和预设的最大水平加载速度对所述试验样品进行摩擦，并将摩擦后的试验样品恢复至摩擦前的初始状态；其中，所述预设的最大法向应力是剪切摩擦操作中的施加的多个预设的法向应力的最大值，所述预设的最大水平加载速度是剪切摩擦操作中多个预设的水平加载速度的最大值。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述剪切摩擦操作的样品岩屑，确定试验样品的组成成分，包括：对所述的剪切摩擦操作的样品岩屑进行XRD衍射，确定试验样品的组成成分。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，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。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述的试验样品的组成成分、预设的法向应力以及预设的加载速度确定页岩特性，包括：步骤A1，根据一预设的大小的法向应力和不同的水平应力，确定当前法向应力下施加不同的水平应力时的岩样摩擦系数；步骤A2，根据所述岩样摩擦系数和所述不同水平应力加载速度，确定试验样品在当前法向应力下的稳态速度依赖性参数；步骤A3，对试验样品施加不同的预设大小的法向应力，确定试验样品在不同法向应力下的稳态速度依赖性参数的平均值；重复执行步骤A1，步骤A2以及步骤A3，确定不同试验样品在不同法向应力下的稳态速度依赖性参数的平均值Mji；其中，1≤i≤n，1≤j≤n，n为自然数，j是第j个试验样品，i是第i个法向应力；根据各试验样品的组成成分和在不同法向应力下的稳态速度依赖性参数的平均值Mji确定不同试验样品的页岩特性。10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，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。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述的试验样品的组成成分、预设的法向应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：付利，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，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，中国石油集团工程技术研究院有限公司，中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11