[发明专利]测量液氮作用下岩石试件热应力的方法及装置

权利要求书

1.一种测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取岩石试件在室温条件下的抗拉强度；

对所述岩石试件预置第一井筒和第二井筒；

对所述岩石试件施加大小不等的三向围压应力，向所述第一井筒内注入水，并封堵所述第二井筒，以使水压裂所述岩石试件，并得到一条垂直于最小围压应力方向的主裂缝；

对所述岩石试件施加大小相等的预定三向围压应力，向所述第一井筒内注入液氮，所述第二井筒流出液氮，并逐渐减小平行于所述主裂缝方向的围压应力，测量所述岩石试件内部的破裂信号急剧增多时的第一个破裂信号所对应的围压应力，该围压应力即为临界围压应力；

所述岩石试件热应力为所述临界围压应力与所述抗拉强度之和。

2.根据权利要求1所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，所述预定三向围压应力值比理论临界围压应力值大20％左右。

3.根据权利要求2所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，所述理论临界围压应力值为理论热应力值与抗拉强度的差值，其中，

其中，E为岩石试件的弹性模量，v为岩石试件的泊松比，α_T为岩石试件的线弹性热膨胀系数，T_cool为岩石试件在液氮条件下的温度，T_o为岩石试件在室温条件下的初始温度。

4.根据权利要求1所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，采用带有颜色的水注入所述第一井筒，以使所述主裂缝带有相应的颜色。

5.根据权利要求4所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，在计算所述岩石试件热应力前，剖切所述岩石试件，以验证在有颜色的主裂缝两侧产生了无颜色的垂直分支裂缝，则该垂直分支裂缝即为热应力作用下产生的热应力裂缝。

6.根据权利要求1所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，在得到一条垂直于最小围压应力方向的主裂缝步骤后，在对所述岩石试件施加大小相等的预定三向围压应力步骤前，需要卸掉围压，并在室温条件下使所述岩石试件静置两周，使得所述岩石试件内的水充分挥发。

7.根据权利要求1所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，采用杜瓦瓶向所述第一井筒内注入液氮，此时所述第二井筒内流出低温氮气和/或液氮。

8.根据权利要求1所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，采用声发射装置测量所述岩石试件内部的破裂信号。

9.根据权利要求1所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，其特征在于，采用巴西劈裂试验获得所述岩石试件在室温条件下的抗拉强度。

10.一种采用上述权利要求1-9中任一项所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法的测量液氮作用下岩石试件热应力的装置，其特征在于，包括：

获取模块，被配置为获取岩石试件在室温条件下的抗拉强度；

预置模块，被配置为对所述岩石试件预置第一井筒和第二井筒；

注水模块，被配置为对所述岩石试件施加大小不等的三向围压应力，向所述第一井筒内注入水，并封堵所述第二井筒，以使水压裂所述岩石试件，并得到一条垂直于最小围压应力方向的主裂缝；

测量模块，被配置为对所述岩石试件施加大小相等的预定三向围压应力，向所述第一井筒内注入液氮，所述第二井筒流出液氮，并逐渐减小平行于所述主裂缝方向的围压应力，测量所述岩石试件内部的破裂信号急剧增多时的第一个破裂信号所对应的围压应力，该围压应力即为临界围压应力；

计算模块，被配置为所述岩石试件热应力为所述临界围压应力与所述抗拉强度之和。

11.一种测量液氮作用下岩石试件热应力的装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器中存储计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现以下步骤：如权利要求1至9任一项所述的测量液氮作用下岩石试件热应力的方法。