一种孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验装置制造方法及图纸

本发明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装置，包括试验机、围压腔和夹持夹具。试验机包括试验机刚架、刚架压头、小车、滑轨、液压轴和液压缸；围压腔包括围压筒压头、围压筒、围压筒底座、定位杆；夹持夹具包括夹持底座、立柱、支撑板、支撑辊、孔压封头、压紧件、上盖板、夹具压头、上圈、固定螺栓、探针、下板。本发明专利技术构造简单、操作方便、实用性强，能够对岩石材料及人工材料进行含围压、高温、含孔隙压力条件下的断裂韧性测试，所得到的结果更为准确，可为油田及研究机构的水力压裂模型计算提供准确的断裂韧性参数。

An experimental device for testing fracture toughness of rock under pore pressure

The invention relates to an experimental device for testing rock fracture toughness under the condition of pore pressure, comprising a test machine, a confining pressure chamber and a clamping fixture. The test machine includes a test machine frame, frame head, trolley, slide, hydraulic shaft and hydraulic cylinder; confining pressure cavity including confining pressure cylinder head, cylinder, confining pressure, confining pressure cylinder base and the positioning rod; the clamping fixture comprises a clamping base, a column, a supporting plate, a supporting roller and a pressure head and the press member, the upper cover and the clamp head, an upper ring, a fixing bolt, probe, plate. The invention has the advantages of simple structure, convenient operation, strong practicability, able to rock materials and artificial materials with confining pressure, high temperature, with the fracture toughness testing of pore pressure conditions, the result is more accurate, can provide accurate parameters for fracture toughness for hydraulic fracturing and the calculation model of oil research institute.

【技术实现步骤摘要】

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装置。
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。
技术实现思路
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装置，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。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。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装置，其中，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。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装置，其中，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。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装置，其中，所述支撑板通过螺栓固定在夹持底座的滑槽上。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装置，其中，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。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装置，其中，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。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装置，其中，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。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装置，其中，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。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装置，其中，所述围压筒与围压筒底座之间通过螺栓固定。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装置，其中，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装置，其中，所述夹持底座通过螺栓固定在围压筒底座上。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装置，其中，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。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装置，其中，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，支撑辊通过焊接固定在夹具压头上。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装置，其中，所述试件安放在孔压封头之间，将加热的塑管套装在孔压封头和试件外侧，从而将试件与孔压封头密封在一起，孔压封头端部开有凹槽，用于安放密封件，通过在塑管外加装压紧件将密封件与塑管密封死。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装置，其中，所述孔压封头上开有注液口与出液口，所述注液口与所述凹槽之间的间距不小于8mm，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，所述塑管的端部位于所述注液口和所述凹槽之间的位置以便密封试件，且不影响注液。本专利技术所述的孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验装置的使用方法为：在孔压封头之间安放试件，将加热的塑管套装在孔压封头和试件外侧，孔压封头端的凹槽内安放密封件，通过在塑管外加装压紧件将密封件与塑管密封死，该塑管不能遮盖注液口，将密封后的试件安装在夹持夹具的支撑板上，将夹持夹具置于围压筒底座内，将围压筒与围压筒底座连接并密封，将所述孔压封头的注液口连接孔隙压力泵，将围压泵连接至所述围压筒底座的注液孔，通过围压泵向围压筒底座的注液孔注液，从而向围压腔内注油，围压腔内多余的气体通过围压筒上的排气孔排出；当围压腔内注满油后，停止注油，再将围压筒底座5的注液口处的阀门I以及围压筒4排气孔处的阀门I关死，随后启动围压泵向围压腔内加压，当达到设定围压，维持设定的围压；再启动孔隙压力泵，向两个孔压封头15的注液口内注入液体；最后利用加热棒将围压腔内的液压油加热到设定温度；随后启动控制记录系统记录，按照设定的加载速率对试件进行加载，记录实验数据，直至试件17达到破坏。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，在对岩石试件进行断裂韧性测试时，能够对试件施加围压、孔隙压力，同时通过对围压腔内的液体进行加热，使试件处于高温环境中，充分模拟地层岩石高温、高压、含孔隙压力的环境特点，使测试出的岩石材料的断裂韧性更加准确。本专利技术构造简单、操作方便、实用性强，能够对岩石材料及人工材料进行含围压、高温、含本文档来自技高网...

【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(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)装在围压筒底座(5)上，所述围压筒(4)包括排气孔，该排气孔连接阀门I，围压筒底座(5)包括注液孔，该注液孔连接阀门II，围压筒(4)与围压筒底座(5)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(11)，该夹持底座(11)上装有立柱(12)，上盖板(18)通过四根立柱(12)固定在所述夹持底座(11)上，该夹持底座(11)包括滑槽(111)，该滑槽(111)上设置至少一个支撑板(13)，该支撑板(13)上方安装待测试的试件(17)，下板(23)通过螺栓固定于夹持底座(11)上，上盖板(18)上设置夹具压头(19)，该夹具压头(19)穿过上盖板(18)中心的通孔，然后与待测试的试件(17)接触，其特征在于：上圈(20)通过四根定位螺栓固定于夹具压头(19)的外圆周，下板(23)上开有至少一个探针孔，该探针孔内安放有传感器，上圈(20)安装探针(22)，该探针(22)的底部插入下板(23)的探针孔中，传感器通过测量探针(22)下降距离来确定试件(17)的变形量。...

【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(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)装在围压筒底座(5)上，所述围压筒(4)包括排气孔，该排气孔连接阀门I，围压筒底座(5)包括注液孔，该注液孔连接阀门II，围压筒(4)与围压筒底座(5)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(11)，该夹持底座(11)上装有立柱(12)，上盖板(18)通过四根立柱(12)固定在所述夹持底座(11)上，该夹持底座(11)包括滑槽(111)，该滑槽(111)上设置至少一个支撑板(13)，该支撑板(13)上方安装待测试的试件(17)，下板(23)通过螺栓固定于夹持底座(11)上，上盖板(18)上设置夹具压头(19)，该夹具压头(19)穿过上盖板(18)中心的通孔，然后与待测试的试件(17)接触，其特征在于：上圈(20)通过四根定位螺栓固定于夹具压头(19)的外圆周，下板(23)上开有至少一个探针孔，该探针孔内安放有传感器，上圈(20)安装探针(22)，该探针(22)的底部插入下板(23)的探针孔中，传感器通过测量探针(22)下降距离来确定试件(17)的变形量。2.如权利要求1所述的孔隙压力条件下测试岩石断裂韧性的实验装置，其特征在于：支撑板(13)上端面包括半圆形凹槽，该凹槽内设置支撑辊(14)，支撑辊(14)可在支撑板(13)的半圆形凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广清，王元元，刘志斌，杨潇，
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