[发明专利]岩石摩擦实验装置及方法

说明书

本发明提供一种岩石摩擦实验装置及方法，该岩石摩擦实验装置包括待测岩石固定组件、作用力施加组件和检测组件。待测岩石固定组件包括滑动槽和固定槽，滑动槽中的待测岩石和固定槽中的待测岩石具有相对的摩擦面，滑动槽可相对于固定槽滑动。作用力施加组件中的正压力施加机构在垂直于滑动槽的滑动方向施加压力，切向力施加机构在滑动槽上施加沿滑动槽的滑动方向的作用力。检测组件中的位移传感器检测滑动槽相对于固定槽的移动距离，拉力传感器检测切向力施加机构带动滑动槽滑动时的作用力，从而获得待测岩石的摩擦系数和摩擦强度。因此，本发明提供的岩石摩擦实验装置及方法适用于形状不规则岩石的实验测定，提高实验结果的精确度。

技术领域

本发明涉及岩石摩擦评价装置及评价方法，尤其涉及一种岩石摩擦实验装置及方法。

背景技术

非常规油气的高效开发需要进行储层改造，以在储层中形成具有高导流能力的裂缝系统，从而获得工业气流。与常规油气储层不同的是，获得高产必须最大程度激活储层天然裂缝并发生剪切滑移，实现天然裂缝之间的相互贯通。页岩储层裂隙缝面的摩擦系数及其摩擦强度是天然裂缝剪切滑移形成相互贯通的缝网的控制因素之一。针对天然裂缝能否发生剪切滑移，目前国内外还没有完整并且实用的评价方法。另外，页岩的取芯困难是是地面开展大型物模实验、模拟水力压裂来评价储层成缝成网潜力评价的制约因素。因此，利用钻井液携带返至地面的不规则的储层岩屑货岩块评价缝面摩擦系数非常重要。目前国内外还没有可实现该功能的评价装置和评价方法，设计一套这样的装置非常必要，以期探究页岩储层发生剪切滑移的条件，为储层改造工程应用提供理论依据。

目前，常用于测定摩擦强度和摩擦系数的方法是直剪法。将岩石样品加工后，剪切滑动的摩擦面经过人工打磨，至光滑平整后置入上、下实验盒中，保证对磨面出露。然后将上、下实验盒出露部分完全对齐，放置在液压压机，下实验盒固定。实验开始时，上实验盒正上方施加正压力，侧向通过伺服液压机施加切向力。通过改变正压力，记录该过程中的切向力和横向位移，即可得出不同正压力时的摩擦强度。

然而在上述的直剪法在实际的测定过程中主要存在以下弊端：使用该方案进行摩擦强度实验，需要对岩石样品两摩擦面进行精细的切割、打磨等处理加工流程，对样品加工要求较高。并且，经过打磨的岩石表面光滑均匀，粗糙度较小，而天然裂缝面往往表现为非均质性强、粗糙度大等特性，实验中的打磨面与天然裂缝缝面状态差异较大，造成实验结果失真。

发明内容

本发明提供一种岩石摩擦实验装置及方法适用于形状不规则岩石的实验测定，能适应钻井现场的复杂环境，提高实验结果的精确度，便于实验数据采集和实验结果的分析。

本发明提供一种岩石摩擦实验装置，包括待测岩石固定组件、作用力施加组件和检测组件。

待测岩石固定组件包括一个滑动槽和至少一个固定槽，滑动槽和固定槽均用于放置相同质地的待测岩石，且滑动槽中的待测岩石和固定槽中的待测岩石具有相对的摩擦面，其中，待测岩石均嵌在滑动槽或固定槽中的可凝固材料中，滑动槽可相对于固定槽滑动。

作用力施加组件包括正压力施加机构和切向力施加机构，正压力施加机构用于在垂直于滑动槽的滑动方向施加压力，切向力施加机构用于在滑动槽上施加沿滑动槽的滑动方向的作用力。

检测组件包括位移传感器和拉力传感器，位移传感器用于检测滑动槽相对于固定槽的移动距离，拉力传感器用于检测切向力施加机构带动滑动槽滑动时的作用力，以根据移动距离、作用力、压力和滑动槽中的待测岩石和固定槽中的待测岩石之间的相对接触面积获得待测岩石的摩擦系数和待测岩石的摩擦强度。

本发明还提供一种岩石摩擦实验方法，应用于上述的岩石摩擦实验装置中，包括：

步骤S1：将待测岩石分别安装于待测岩石固定组件中的滑动槽和固定槽，所述滑动槽中的所述待测岩石和所述固定槽中的所述待测岩石具有相对的摩擦面，其中，所述待测岩石是钻井液携带返至底面的页岩储层的岩屑中所筛选的；