适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及岩石力学及岩石物理模拟试验技术领域，公开了一种适用于含裂缝致密砂岩的剪滑试验的制样方法及装置。所述的制样方法主要包括致密砂岩碎屑组分的解散、再浇筑。所述的装置包括在制备的试样钻孔中复合弹簧管的嵌入设计。使用本发明专利技术提出的制样方法制作的试样既能满足单变量控制下含裂缝致密砂岩剪滑试验的变量对比研究，又能最大限度地使试样的力学性质与致密砂岩一致，保证研究结果的准确性，有效解决了传统制样方法二者不可兼得的问题。本发明专利技术所述的试验装置可以有效规避传统制样中试样两端剪滑错动部分的缝宽和缝面粗糙度的非自然变化，进一步保证了试验结果的准确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法及装置


[0001]本申请涉及岩石力学及岩石物理模拟试验
，具体涉及一种适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法及装置。

技术介绍

[0002]致密砂岩油气藏的开发、CO2地质封存以及岩体工程的建设都会遇到裂缝的剪切滑移(剪滑)现象。致密砂岩油气藏的自然产能较低或无自然产能，裂缝和水力压裂分别是致密砂岩油气藏高产的重要因素和生产举措。水力压裂开采时需要向地层注入大量的液体，流体注入在增大地层孔隙压力的同时会导致井壁地层中的天然裂缝和(或)人工压裂缝的缝面所受的正应力不断减小，进而导致这些裂缝沿裂缝面发生剪切滑移、裂缝开启而提高致密砂岩储层的连通性和产能。CO2向砂岩透镜体中封存的过程也是一个流体向地层持续充注的过程，会导致天然裂缝剪滑失稳。在水坝建设时裂缝剪滑会导致坝基失稳而出现溃坝事故，而在煤矿开挖时，砂岩型围岩中的裂缝剪滑会导致煤矿突水事故的发生。因此，研究致密砂岩裂缝剪滑时的缝面变形等问题有助于深入认识裂缝的渗流特性和导流能力，推动致密砂岩油气藏的开发和CO2的地质封存，保障岩体工程建设的安全。
[0003]岩石物理试验是解决这些变形问题的必要手段之一，而合适的试样又是岩石物理试验得以成功的基础。目前用于含裂缝致密砂岩的剪滑试验的制样方法包括两种。第一种是通过对圆柱状致密砂岩试样直接开展巴西劈裂试验，获取含裂缝的致密砂岩试样。第二种是利用有机树脂等有机材料浇筑、制作含裂缝的试样。巴西劈裂试验制作的含直劈裂缝的试样，每条直劈裂缝的表面形貌都不相同，因此很难用于控变量的对比试验研究；有机材料能制作具有相同缝面形貌的多个含裂缝试样，因此能保证在缝面形貌一致的前提下开展控变量的对比试验，但有机材料制作的试样在力学性质方面又与真实的岩石差异较大。
[0004]另外，现有的剪滑试验装置或是对规则试样直接进行直剪试验，或是在规则试样两侧对角位置进行等长度的岩块切割或用等同的方法(如垫铜片法)制造出裂缝的剪滑错动，前一种方法需要考虑剪滑时剪切盒的密封性且试验时的滑移量通常较短，而不管哪种方法都会导致试验中裂缝的有效渗流尺寸随剪滑距离的增加而不断减小，而地层中的实际情形是岩石裂缝的有效渗流尺寸随剪滑距离的增加不断增大，因此过去使用的这种不符合实际情形的试验装置必然会导致缝宽和缝面粗糙度在试样端部(如垫铜片和切割部分)出现非自然的变化特征，从而增加了试验结果的不确定性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法及装置。
[0006]为实现以上目的，本专利技术一方面涉及一种适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法，包括以下步骤：
[0007]S1.制作不含裂缝的标准岩石样品：对致密砂岩露头或岩心进行切割处理，制作符
合岩石力学试验的圆柱样品；
[0008]S2.制造裂缝：用环氧树脂在圆柱样品外围均匀涂抹0.1mm的涂层，沿圆柱样外表面轴线做标记线，沿标记线刻1mm的浅槽后将岩样放入带楔压头的圆盘进行恒定位移劈裂试验；
[0009]S3.缝面数字模型构建：对裂缝面进行扫描，获取裂缝面形貌的点云数据；
[0010]S4.打印裂缝面模型：基于获取的缝面形貌点云数据，打印具有相同缝面形貌的缝面模型，将打印的缝面模型缝面一侧朝上放入事先准备好的钢槽内；
[0011]S5.岩石粉碎、解散：使用与S1中制作样品时相同的岩石进行充分地粉碎、解散，并用滤网分离，收集粉碎后的碎屑组分；
[0012]S6.碎屑组分再浇筑：将收集的碎屑组分与方解石粉和/或粘土和/或滤网收集后的残余原岩粉末，按照原岩实际的碎屑组分与填隙物的比例含量进行充分地搅拌混合，再与水混合，形成“浆液”；将“浆液”一层一层倒入放有打印的缝面模型的钢槽中并捣实、抹平顶面，获得一半具有相同缝面形貌的“致密砂岩”试样；
[0013]S7.对半试样的制作：将含裂缝致密砂岩圆柱样品的缝面形貌反向复制，通过同样的制作流程完成对半试样的制作，将两半试样拼合形成一个完整的浇筑圆柱样。
[0014]进一步地，所述的适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法，还包括试样养护，将制作的试样在恒温下静置24小时以上，随后在常温常压条件下养护至少一个月，之后将试样外表面切割打磨、制成标准尺寸的半圆柱形样。
[0015]进一步地，所述S1中，岩石圆柱样品也能够制作成正方体样品；所述S2中，恒定位移劈裂试验，试样应沿标记线裂开，且没有显著的碎屑剥落，否则为不合格试样。
[0016]进一步地，所述S3中，采用非接触式三维形貌仪对裂缝面进行扫描。
[0017]进一步地，所述S4中，利用3D打印机和高分子树脂打印具有相同缝面形貌的缝面模型。
[0018]进一步地，所述S6中，碎屑组分和方解石粉的混合物，与水的质量比为1:3～1:6。
[0019]进一步地，所述的适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法，还能够适用于其他含裂缝岩石的剪滑试验，所述的其他含裂缝岩石包括砂砾岩、砾岩和页岩。
[0020]本专利技术另一方面还涉及采用本申请适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法所制备试样的试验装置，即分别在制作的浇筑圆柱样上底面和下底面的中心位置垂直钻孔，并将弹性部件嵌入到垂直钻孔中；在试样两端的对角位置分别切割与钻孔长度等长的岩块，切割掉的部分用相同体积、内置弹簧的硅橡胶填平。
[0021]在本专利技术的一种优选实施方式中，所述垂直钻孔的孔径可以为2mm，长度为30mmm。
[0022]进一步地，所述弹性部件可以是例如复合弹簧管或弹簧或具有伸缩变形属性的材料。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024](1)采用本专利技术制样方法制作的试样既能满足含裂缝致密砂岩等的剪滑试验对单变量对比研究的需求，又能最大限度地使试样的力学属性与致密砂岩一致，解决了传统相关制样方法中二者不可兼得的问题。
[0025](2)本专利技术改进的试验装置规避了传统制样中试样两端剪滑错动部分的缝宽和缝面粗糙度的非自然变化，保证了试验结果的准确性。在垂直钻孔中嵌入弹性部件，可以保证
试样在轴向剪切滑移时弹簧管随着伸缩变形，实现真实地层条件下含裂缝致密砂岩的剪滑过程的模拟；切割掉的部分用相同体积、内置弹簧的硅橡胶填平，能够保证硅橡胶弹性可压的同时防止其挤入裂隙中而影响后续试验。
附图说明
[0026]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0027]图1为实施例1制样流程图；
[0028]图2为实施例1具体的制样过程示意图；
[0029]图中标记：1
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钢槽，2
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碎屑颗粒，3
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缝面模型，4
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复合弹簧管，5
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硅橡胶，6
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内置弹簧，7
‑
钻孔。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制作不含裂缝的标准岩石样品：对致密砂岩露头或岩心进行切割处理，制作符合岩石力学试验的圆柱样品；S2.制造裂缝：用环氧树脂在圆柱样品外围均匀涂抹0.1mm的涂层，沿圆柱样外表面轴线做标记线，沿标记线刻1mm的浅槽后将岩样放入带楔压头的圆盘进行恒定位移劈裂试验；S3.缝面数字模型构建：对裂缝面进行扫描，获取裂缝面形貌的点云数据；S4.打印裂缝面模型：基于获取的缝面形貌点云数据，打印具有相同缝面形貌的缝面模型，将打印的缝面模型缝面一侧朝上放入事先准备好的钢槽内；S5.岩石粉碎、解散：使用与S1中制作样品时相同的岩石进行充分地粉碎、解散，并用滤网分离，收集粉碎后的碎屑组分；S6.碎屑组分再浇筑：将收集的碎屑组分与方解石粉和/或粘土和/或滤网收集后的残余原岩粉末，按照原岩实际的碎屑组分与填隙物的比例含量进行充分地搅拌混合，再与水混合，形成“浆液”；将“浆液”一层一层倒入放有打印的缝面模型的钢槽中并捣实、抹平顶面，获得一半具有相同缝面形貌的“致密砂岩”试样；S7.对半试样的制作：将含裂缝致密砂岩圆柱样品的缝面形貌反向复制，通过同样的制作流程完成对半试样的制作，将两半试样拼合形成一个完整的浇筑圆柱样。2.根据权利要求1所述的适用于含裂缝致密砂岩剪滑试验的制样方法，其特征在于，还包括试样养护，将制作的试样在恒温下静置24小时以上，随后在常温常压条件下养护至少一个月，之后将试样外表面切割打磨、制...

【专利技术属性】
技术研发人员：年涛，谭成仟，吴少波，刘之的，宋立军，魏钦廉，丁超，斯尚华，刘超，张云钊，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：