[发明专利]液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法与装置

说明书

本申请提供一种液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法与装置，该方法包括如下步骤：将岩石试件放入带有两个第一辊轴的容器中。向容器中缓慢倒入液氮，直至液氮没过岩石试件为止。保持岩石试件静置在液氮中预定时间，在预定时间内，需要不断向容器中添加液氮，以保持液氮没过岩石试件。将试验机的压头压住岩石试件，并向容器中添加适量液氮，以使试验机的压头前端浸泡在液氮中。控制试验机对岩石试件进行加载，直至岩石试件断裂，获取加载力。根据加载力按照预定规则得到液氮环境下岩石的断裂韧性。本发明提供的液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法与装置，能够实现岩石试件完全在液氮环境下进行断裂韧性试验，能够精确得到液氮环境下岩石的断裂韧性。

技术领域

本发明涉及岩石力学参数试验中的断裂韧性试验领域，特别是液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法与装置。

背景技术

随着我国石油和天然气开采技术的不断发展，液氮越来越多地应用到油气井的压裂施工中，液氮压裂技术能够有效提高油气井的采收率。近年来，液氮环境下的岩石力学性质参数试验逐渐受到重视，研究液氮环境下岩石的断裂韧性是进行液氮压裂设计的一个必要基础。

例如，大连理工大学申请的实用新型专利ZL201721285064.6，一种在液氮冷冲击作用下岩石破裂的实验装置，该实验装置可以实现低温液体冷冲击岩石破裂过程实验；可以测量液氮冷却环境下岩石试件温度的变化及分布。但是，该实验装置不能保证岩石在试验过程中完全沉浸在液氮环境内，进而不能精确获得液氮环境下岩石的断裂韧性。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供一种液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法与装置，其能够实现岩石试件完全在液氮环境下进行断裂韧性试验。

本发明的具体技术方案是：

一种液氮环境下岩石断裂韧性的测试方法，包括以下步骤：

将具有预置割缝的岩石试件放入带有两个第一辊轴的容器中；

向所述容器中缓慢倒入液氮，直至液氮没过所述岩石试件为止；

保持岩石试件静置在液氮中预定时间，在预定时间内，不断通过管体向所述容器中添加液氮，以保持液氮没过岩石试件；

将试验机的压头压住所述岩石试件，并向所述容器中添加适量液氮，以使试验机的压头前端浸泡在液氮中；

控制试验机对所述岩石试件进行加载，直至所述岩石试件断裂，获取所述岩石试件断裂的加载力；

根据所述加载力按照预定规则得到液氮环境下岩石的断裂韧性。

在一个优选的实施方式中，所述预定规则为按照以下公式计算得到液氮环境下岩石的断裂韧性：

其中，K_IC表示为岩石的断裂韧性，单位为MPa·m^0.5；Y'表示为临界应力强度因子；P_max表示为岩石试件断裂时的加载力，单位为N；π表示圆周率；a表示为岩石试件预置割缝的高度，单位为mm；R表示为岩石试件的半径，单位为mm；B表示为岩石试件的厚度，单位为mm。

在一个优选的实施方式中，按照以下公式计算得到临界应力强度因子Y'：

Y'＝-1.297+9.516(S/R)-[0.47+16.457(S/R)]α

+[1.071+34.401(S/R)]α²

其中，S表示为第一辊轴中心之间距离的一半，单位为mm；R表示为岩石试件的半径，单位为mm；α是无量纲参数，

在一个优选的实施方式中，在将所述岩石试件放入带有两个第一辊轴的容器前，需要将温度传感器和变形传感器粘贴于所述岩石试件的表面。