[发明专利]一种基于声发射技术的原位页岩脆性试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石力学实验领域，特别涉及一种基于声发射技术的原位页岩脆性试验装置。

背景技术

由于页岩储层致密，属于低孔、超低渗储层，为了实现经济开发需要进行压裂作业，而岩石脆性作为岩石固有的力学属性，决定了页岩储层的可压裂性和压裂改造的难易程度。因此，一般通过岩石的脆性指数来评价岩石的可压裂性，脆性指数越高，说明储层一般性质硬脆，对压裂作业的反应敏感，能迅速形成复杂的网状裂缝。

目前，声发射脆性指数测定法是通过岩石压裂过程中声发射能量大小进行测定，如中国专利申请号为201310254628.X的发明专利，单纯从声发射能量大小考虑，而忽略试样形态、加载速率等外在因素不同时，声发射能量大小随之发生变化，使得测定的脆性指数存在偏差。此外，进行声发射实验时，一方面声发射传感器多放置在压力釜外，导致声发射信号能量损失严重，另一方面声发射装置不能同步获得原位页岩的声发射特征参数和应力-应变数据，降低了测定岩石脆性指数的准确度。例如，申请号为201110212775.1发明专利和申请号为201320057732.5发明专利，虽然声发射传感器置于底座，减小了声发射信号能量的损失，但不能同步得到原位温度压力下页岩声发射特征参数和应力-应变数据。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于声发射技术的原位页岩脆性试验装置，通过改进试验装置、优化测定方法，提高了原位页岩脆性指数评价的合理性和准确性。

本发明提到的一种基于声发射技术的原位页岩脆性试验装置，包括三轴压力釜（1）、底座（14）、活塞杆（8）、声发射传感器（16）、温度传感器（4）、应变片（12）、电磁加热圈（13），所述活塞杆（8）安装在三轴压力釜（1）上端，用密封圈Ⅰ（9）密封，可用于给岩心（11）施加压力；所述底座（14）安装在三轴压力釜（1）下端，用密封圈Ⅱ（15）密封；所述岩心（11）放置在活塞杆（8）与底座（14）之间，用热塑管（3）密封；所述注液口（6）安置在三轴压力釜（1）下部，用于向釜腔（2）内注入、排出液体，实现对岩心（11）加载、卸载围压；所述排气口（10）安置在三轴压力釜（1）上部，用于釜腔内排放气体或充气排液；所述电磁加热圈（13）安装在三轴压力釜（1）外壁，用于对釜腔加热；所述温度传感器（4）安装在底座（14）上，用内防水橡胶塞（6）密封，其数据线Ⅰ（18）依次通过底座（14）导出，与温度测量仪（19）连接，并由计算机（20）显示温度大小；所述应变片（12）安装在热塑管（3）内，并粘贴在岩心（11）四个不同方位，其数据线Ⅱ（21）依次通过底座（14）导出，与应变测量仪（24）连接，并由计算机（20）显示应变数据；所述声发射传感器（16）安装在底座（14）内部，用橡胶垫（17）、螺丝（7）固定，其数据线Ⅲ（22）依次通过线底座（14）导出，与声发射检测仪连接，并由计算机（20）显示声发射数据。

上述的底座（14）由底座主体和底座腔室（30）组成，所述的底座主体由第一底座体（14.1）、第二底座体（14.2）和第三底座体（14.3）组成整体，且三个底座体为直径依次减小的圆柱体，三个底座体的中心处设有底座腔室（30），且第一底座体（14.1）的上表面与三轴压力釜（1）的底部接触配合，第二底座体（14.2）的轴向外表面与三轴压力釜（1）的底部内壁接触；所述的第三底座体（14.3）的轴向外表面与热塑管（3）的内壁配合；所述的三轴压力釜（1）的内壁、第二底座体（14.2）的上表面和热塑管（3）的外壁之间形成釜腔（2）。

优选的，上述的第一底座体（14.1）设有一条径向的线槽Ⅳ（28），线槽Ⅳ（28）的外端设在第一底座体（14.1）的外壁，内端连通到线槽Ⅰ（25）；所述的第二底座体（14.2）上设有一条轴向的线槽Ⅱ（26），所述的线槽Ⅱ（26）的上端设在第二底座体（14.2）的上表面，下端连通到线槽Ⅳ（28）；所述的第三底座体（14.3）上设有径向的线槽Ⅴ（29）和轴向的线槽Ⅰ（25），线槽Ⅰ（25）的上端与线槽Ⅴ（29）连通，下端与线槽Ⅳ（28）及底座腔室（30）连通；所述的线槽Ⅴ（29）设在第三底座体（14.3）的上端。

另外，上述电磁加热圈（13）用于对三轴压力釜（1）加热，温度传感器（4）精确测量釜腔（2）温度。

上述活塞杆（8）对岩心（11）施加压力过程中，实现应变片（12）和声发射传感器（16）同步输出数据。

本发明提到的基于声发射技术的原位页岩脆性试验装置的测定方法，包括以下步骤：