[发明专利]一种圆柱体岩心地应力大小测试的实验装置及方法

权利要求书

1.一种圆柱体岩心地应力大小测试的实验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）实验试件加工和处理：针对钻井取芯进行切割和加工，把钻井岩心加工成直径5.0cm-6.0cm，高度为5.0cm-6.0cm的圆柱体试件；

（2）波速各向异性测试：利用超声纵波在水平应力不同方位的差异特性，确定水平最大主应力和水平最小主应力在实验试件上的初始方位，并进行标记；

（3）圆柱体岩心刷胶：在圆柱体岩心的周围均匀刷上环氧树脂，隔离实验加载液体与试件，防止液体渗入试件影响实验结果；

 （4）改进的差应变实验：利用加持装置固定圆柱体岩心，结合圆柱体岩心上标注的水平主应力方位，在岩心的水平最大主应力、水平最小主应力以及垂向主应力方向上安装6个位移传感器，每个方向对应安装2个，调整实验试件的角度，使两对位移传感器分别对准岩心的水平最大主应力和水平最小主应力方向；然后将装有实验试件的加持装置放入地应力测试压力釜中，连接位移传感器和压力传感器的数据传输线，密封压力釜；打开液体增压泵，待液体充满压力釜后进行压力加载，适时记录三对位移传感器的位移值、压力传感器的压力数据；

数据处理：利用三个主方向的位移与压力的关系曲线，换算成三向主应力的比值，利用研究区域的密度测井曲线和实验试件的取芯深度计算实验试件的垂向主应力，然后计算出水平最大主应力和水平最小主应力值。

2.如权利要求1所述的圆柱体岩心地应力大小测试的方法，其特征在于，所述波速各向异性测试方法如下：（1）在圆柱体试件上标注1条可擦除的临时标示线，确定该标示线为波速各向异性的测试0°角，每隔15°测量1次超声波速度；（2）每个角度进行多次测量，测量完1圈超声波速度后，再进行多次测量，对每个角度的超声波速度求取平均值；（3）根据超声波的速度值，进行超声波速度正弦或者余弦曲线拟合，得到拟合曲线，超声波速度最大的角度为水平最小主应力方向，超声波速度最小的角度为水平最大主应力方向角度；（4）通过实验测出岩心上水平主应力和水平最小主应力的相对方位。

3.如权利要求1或2所述的圆柱体岩心地应力大小测试的实验方法，其特征在于，所述圆柱体试件不能包含明显的天然裂缝或水平层理，试件的两个端面的平行度相差不能超过0.1mm。

4.实现权利要求1-3所述方法的圆柱体岩心地应力大小测试的实验装置，其特征在于，实验装置包括：

圆柱体岩心加持装置（22），用于固定实验岩心和安装位移传感器，由底座（18）和上部框架（19）组成，上部框架通过螺钉（20）固定在底座上，上部框架（19）中间为夹持实验试件（13）的空间；

位移传感器，用于测量实验试件加载过程中的位移变形量，位移传感器有三对，包括垂向主应力方向位移传感器（14）、水平最小主应力方向位移传感器（15）和水平最大主应力方向位移传感器（16），分别安装在上部框架（18）上与实验试件岩心三个方向相应的位置；

压力釜（21），用于安装岩心加持装置和密封憋压，保证试件处于预设的压力环境；

液体增压泵（26），与压力釜通过管路连接，为实验提供压力，压力釜中安装压力传感器，以适时监测压力釜中的压力变化情况；

数字信号转换器（25），通过信号线连接位移传感器，将位移传感器和压力传感器的信号转化成控制计算机识别的数字信号；

控制计算机（27），记录实验过程中位移变化值，进行数据处理。