一种叠层状岩石实验样品制备模具及制备方法技术

本发明专利技术公开一种叠层状岩石实验样品制备模具及制备方法，属于油气勘探技术领域。通过利用本申请提出的特制模具，配合特定的制备方法即可实现叠层状岩石实验样品的高效制备，由于制备时主体处于悬空的状态，主体、上压块和岩层样品的重量共同施加在下垫块上，就形成了上压块与下垫块同时对叠层状样品试件施加压力的效果，可解决叠层状样品制备过程中上、下所受压力不同而易产生误差的问题，且利用本申请公开的模具和方法制样时，层面间未采用任何胶结剂，所以不会对样品渗透性产生影响，另外，由于本申请制备叠层状样品的过程与地层中各岩层实际形成过程相似，所以克服了岩层非均质性的限制，降低了非均质性对实验结果的影响。降低了非均质性对实验结果的影响。降低了非均质性对实验结果的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种叠层状岩石实验样品制备模具及制备方法


[0001]本专利技术涉及油气勘探
，具体涉及一种叠层状岩石实验样品制备模具及制备方法。

技术介绍

[0002]在天然气开发阶段，为了提高天然气开发的效率和质量，必须对待开发区域的地层特性有一个明确的认知，所以极有必要对泥岩、砂岩、煤层等地层的物理性质进行事前模拟。特别是在多岩性地层发育区域开展研究时，由于层状岩体的层理组成对岩体的强度特性及变形特征有重要影响，为了更好地模拟地层中在垂向上处于叠置状态的砂岩层、泥岩层和煤层的力学特征，成功获取该类型的多层叠置状立方体样品是展开实验和进行分析的关键。
[0003]本领域技术人员也一直在对人工叠层状岩石实验样品的制备进行相关研究，传统的制备方法是将煤、泥岩、砂岩切割为片状或者利用模具先制备出各片层的岩料，然后用胶水将各片状岩层粘结为立方体试件。例如中国专利CN 205262824U公开的一种层状岩体力学实验制样模具，包括主体、模型盖、卡套、成层插片和挡浆插片，在使用时将成层插片插入所述槽孔内，将所述容纳腔分割成多个腔室，然后向每一个腔室内浇入材料砂浆，待模型内的浆液凝固并具备一定的强度后，拔出成层插片然后插入挡浆插片，并向相邻的岩土层之间注入层间胶结料，即能将多个分隔开的岩土层连成一个整体的层状岩土层。利用该模具虽能实现试样的一次成型，但是需要使用层间胶结料完成片层材料的粘接，这种粘结制样的方法无法克服各类岩石样品非均质性特征，同时胶水粘结的岩层面力学性质与地层实际差异较大，在模拟关于叠置岩层渗透性的相关试验时，胶水粘结方法完全不适用；另外，利用这种方法浇筑岩样时没有进行压实操作，其内部存在不均匀、不密实等情况，会造成岩样的差异性，对试件抗压强度会造成一定的影响；再者，利用该模具制备层状岩样时，既需用到成层插片，又需要用到挡浆插片，插板过程较为繁琐，可操作性较差。
[0004]因此，需要一种能够更好地模拟叠层状岩体的人工岩样制作装置，在简化流程的同时能克服岩层非均质性的限制，并能更好地针对叠层状岩层开展力学性质和渗透性等方面的实验研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种叠层状岩石实验样品制备模具及制备方法，该模具的结构简单，操作便捷，配合相应方法后可解决叠层状样品制备过程中上、下所受压力不同而易产生误差的问题，且在制备过程中，层面间未采用任何胶结剂，不会对样品渗透性产生影响。
[0006]本专利技术公开的技术方案为：一种叠层状岩石实验样品制备方法，包括如下步骤：步骤1：按照岩层实际力学性质，进行材料配比；步骤2：将模具的主体、上压块和下垫块组装好后置于压力机的框架内侧，用顶撑
设备顶起主体使之悬空，此时，下压块部分置于样品腔内部、部分置于样品腔外，下垫块底部置于压力机的底部平板上；步骤3：将制备第1层岩样的混合料填入样品腔中后，把上压块从样品腔上部放入腔内；步骤4：利用加压头对上压块初次施加垂向压力，卸掉压力后移走顶撑设备，主体因与样品侧壁之间有摩擦作用而悬空；步骤5：再次通过压力机对上压块施加压力；步骤6：手动取出上压块，重复步骤3
‑
5，依次进行第2、3
…
n层岩样压制，待全部岩层材料压制完成，用压力机对上压块施加压力至实验设定的最终压力值，维持一段时间；步骤7：卸掉压力机压力，将主体上的各个螺丝拧松1
‑
2圈，主体松动，主体内壁与样品间的摩擦减小，主体下滑并与腔内的样品脱离，主体降至最低处后，利用顶撑设备顶起主体后从其下部取出样品，放置阴凉处养护；步骤8：清理模具，拧紧主体上的螺丝，重复以上操作进行下一样品的制备。
[0007]进一步地，步骤4中，初次施加垂向压力的大小为2～5吨。
[0008]进一步地，步骤5中压力机对上压块施加的压力大小为实验设定的最终压力值的2/3。
[0009]进一步地，所述顶撑设备为千斤顶。
[0010]进一步地，所述模具包括主体、上压块和下垫块，主体由四块围板通过螺丝拼接构成，主体内侧为样品腔，在主体的两相对侧面上分别设有一个起重侧耳，下垫块包括垫板和下压块，下压块同轴固定在垫板上，上、下压块的形状与样品腔的形状相适应，上、下压块能匹配嵌合在样品腔两侧。
[0011]进一步地，样品腔呈矩形体状，样品腔的尺寸为10cm*10cm*15cm。
[0012]进一步地，上、下压块均为长方体块状结构，上、下压块的高度为主体高度的1/2~2/3。
[0013]进一步地，主体由四块钢制围板围合而成，分别为左围板、右围板、前围板和后围板，四块围板围合形成样品腔，左围板和右围板的结构相同，前围板和后围板的结构相同，在左围板和右围板的外侧面上对应的位置分别设有一个起重侧耳用于配合顶撑设备进行作业。
[0014]进一步地，前围板和后围板呈T型，由从外向内依次设置的第一底板和第一凸沿组成，在前、后围板上均布数个无内螺纹的第一连接孔，第一连接孔的轴线与第一底板的轴线垂直，第一连接孔从第一底板外侧面延伸至第一凸沿内并贯通第一凸沿内侧面；左围板和右围板呈T型，由从外向内依次设置的第二底板和第二凸沿组成，在左、右围板上均布数个无内螺纹的第二连接孔，第二连接孔的轴线与第二底板的轴线垂直，第二连接孔贯通第二底板的内外两侧面；在第二凸沿靠近第一凸沿的侧面上与第一连接孔对应的位置设有适配的第一螺纹孔，第一螺纹孔与第一连接孔同轴设置；在第一凸沿靠近第二底板的侧面上与第二连接孔对应的位置设有适配的第二螺纹孔，第二连接孔与第二螺纹孔同轴设置。
[0015]进一步地，第一连接孔和第二连接孔在垂向上相错开，将螺丝对应穿过第一连接孔和第一螺纹孔，以及对应穿过第二连接孔和第二螺纹孔即能完成主体拼接。
[0016]本专利技术的有益效果为：
1. 利用本申请设计的叠层状岩石实验样品制备模具进行样品制备时，主体处于悬空的状态，主体、上压块和岩层样品的重量共同施加在下垫块上，因而可以在样品制备过程中，形成上压块与下垫块同时对叠层状样品试件施加压力的效果，可避免模具主体与岩层材料摩擦过大导致叠层状样品上、下所受压力不同而产生误差的问题；2. 本申请制备的叠层状样品与地层中各岩层实际形成过程相似，克服了岩层非均质性的限制，降低了非均质性对实验结果的影响；3. 利用本申请公开的模具和方法制备叠层状岩石实验样品时，层面间未采用任何胶结剂，所以不会对样品渗透性产生影响，在针对叠层状岩层进行力学性质测试和渗透性等方面的实验研究时，不会造成明显的误差；4. 本申请公开的制样方法在最后阶段是先拆松主体围板使之自然下降，减小其与样品之间的摩擦后，再利用千斤顶顶起主体以从主体底部取出样品，相比于直接将样品从紧固连接的主体中强力顶出的方案而言，该种取样方式对样品本身的伤害要小，不会造成样品端部掉块或崩落，不易引起样品内部产生隐性裂纹，不会造成岩样力学性质的劣化，不会对模型最终实验分析结果产生严重的负面影响；5. 本申请利用千斤顶顶起主体侧边的起重侧耳完成模具升降过程，取样时也无需完全拆开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叠层状岩石实验样品制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：按照岩层实际力学性质，进行材料配比；步骤2：将模具的主体、上压块和下垫块组装好后置于压力机的框架内侧，用顶撑设备顶起主体使之悬空，此时，下压块部分置于样品腔内部、部分置于样品腔外，下垫块底部置于压力机的底部平板上；步骤3：将制备第1层岩样的混合料填入样品腔中后，把上压块从样品腔上部放入腔内；步骤4：利用加压头对上压块初次施加垂向压力，卸掉压力后移走顶撑设备，主体因与样品侧壁之间有摩擦作用而悬空；步骤5：再次通过压力机对上压块施加压力；步骤6：手动取出上压块，重复步骤3
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5，依次进行第2、3
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n层岩样压制，待全部岩层材料压制完成，用压力机对上压块施加压力至实验设定的最终压力值，维持一段时间；步骤7：卸掉压力机压力，将主体上的各个螺丝拧松1
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2圈，主体松动，主体内壁与样品间的摩擦减小，主体下滑并与腔内的样品脱离，主体降至最低处后，利用顶撑设备顶起主体后从其下部取出样品，放置阴凉处养护；步骤8：清理模具，拧紧主体上的螺丝，重复以上操作进行下一样品的制备。2.如权利要求1所述的叠层状岩石实验样品制备方法，其特征在于，步骤4中，初次施加垂向压力的大小为2～5吨。3.如权利要求1所述的叠层状岩石实验样品制备方法，其特征在于，步骤5中压力机对上压块施加的压力大小为实验设定的最终压力值的2/3。4.如权利要求1所述的叠层状岩石实验样品制备方法，其特征在于，所述顶撑设备为千斤顶。5.如权利要求1所述的叠层状岩石实验样品制备方法，其特征在于，所述模具包括主体、上压块和下垫块，主体由四块围板通过螺丝拼接构成，主体内侧为样品腔，在主体的两相对侧面上分别设有一个起重侧耳，下垫块包括垫板和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耿，秦勇，密文天，骆静，尚福华，房孝杰，白立兵，李雪娇，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：