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专利号: 2021100836672
申请人: 东北石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于裂纹扩展能量演化的页岩储层脆性测试装置,其特征在于:这种基于裂纹扩展能量演化的页岩储层脆性测试装置包括围压加载系统(2)、数据测试系统(4)、页岩试样(1)、裂缝扩展观测窗口(3),围压加载系统(2)的可视化围压加载腔室设置页岩试样(1),加载框体(5)四面各设置一个扁千斤顶(6),扁千斤顶(6)由管线连接到油压泵;两组透明有机玻璃板(7)和金属垫块(8)由长螺栓(9)固定在页岩试样(1)的上下表面构成裂缝扩展观测窗口(3),四个扁千斤顶(6)分别位于页岩试样(1)的四个侧面;数据测试系统(4)包括位移引伸计(11)、应变片(12)、液压传感器(13)、微处理器,页岩试样(1)从一个侧面向内切出初始裂纹(14),初始裂纹(14)的端部设置流体注入孔(10),流体注入孔(10)与注入管线(15)连接,注入管线(15)从加载框体(5)端口伸出,初始裂纹(14)端部两侧设置安装槽,页岩试样(1)设置于数据测试系统(4)上,位移引伸计(11)卡装在安装槽内,液压传感器(13)安装在流体注入孔(10)处,初始裂纹(14)根部粘贴应变片(12),液压传感器(13)、位移引伸计(11)连接微处理器,应变片(12)的数据线连接微处理器的数据线。

2.根据权利要求1所述的基于裂纹扩展能量演化的页岩储层脆性测试装置,其特征在于:所述的金属垫块(8)为金属框,金属框的四个角具有螺栓孔,四个长螺栓(9)将金属垫块(8)从透明有机玻璃板(7)外侧把页岩试样(1)固定在中心。

3.一种权利要求2所述的基于裂纹扩展能量演化的页岩储层脆性测试装置的测试方法,其特征在于:

一、页岩试样制备:制备页岩试样时,利用数控线切割将储层岩石切割成一定尺寸的页岩试样,页岩试样为长方体试样,在预定位置切割初始裂纹(14)、流体注入孔(10)以及安装槽;

二、裂缝扩展能量测试是将页岩试样放置在可视化围压加载腔室内,对页岩试样进行围压加载后,利用高速恒压泵由初始裂纹(14)处注入高压流体,使初始裂纹(14)在页岩试样(1)内扩展,并由液压传感器(13)、位移引伸计(11)和应变片(12)记录测试过程的应力‑位移曲线,计算裂缝扩展能量;

三、页岩试样脆性评价采用能量法,通过应力‑位移曲线计算裂缝扩展的积累弹性能(16)、耗散能(17)以及断裂能(18),以耗散能(17)和断裂能(18)之和与弹性能(16)的比值作为页岩脆性的评价指标。

4.一种权利要求2所述的基于裂纹扩展能量演化的页岩储层脆性测试及评价方法,其特征在于:

一、页岩试样制备:

(1)将井下取出的天然页岩加工成标准尺寸的页岩试样,页岩试样为长方体页岩试样;

(2)利用数控线切割分别在页岩试样上切出初始裂纹(14)、流体注入孔(10)以及安装槽;

(3)将页岩试样安装到可视化围压加载腔室,在初始裂纹(14)根部和端部安装引伸计和应变片(12);

(4)在页岩试样上下表面安装透明有机玻璃板(7),并用金属垫块(8)进一步固定;

二、页岩脆性测试:

(1)利用4个扁千斤顶(6)进行围压加载;

(2)利用恒速恒压泵通过注入管线(15)将高压流体注入到流体注入孔(10)内,初始裂纹(14)在高压流体驱动下开始扩展,并由液压传感器(13)、位移引伸计(11)和应变片(12)测试记录注入压力和裂缝扩展的张开位移;

(3)将流体压力和裂缝张开位移绘制成曲线,曲线以下表示裂缝扩展的能量变化,以弹性能(16)、耗散能(17)、断裂能(18)三种能量之和与弹性能(16)的比值作为脆性衡量指标,脆性指标越接近1,表明页岩试样1的脆性程度越高。