[发明专利]测量液氮作用下岩石试件热应力的方法及装置

说明书

本申请提供了一种测量液氮作用下岩石试件热应力的方法及装置，该方法包括如下步骤：获取岩石试件在室温条件下的抗拉强度。对岩石试件预置第一井筒和第二井筒。对岩石试件施加大小不等的三向围压应力，向第一井筒内注入水，并封堵第二井筒，以使水压裂岩石试件，并得到一条垂直于最小围压应力方向的主裂缝。对岩石试件施加大小相等的预定三向围压应力，向第一井筒内注入液氮，第二井筒流出液氮，并逐渐减小平行于主裂缝方向的围压应力，测量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。岩石试件热应力为临界围压应力与拉伸强度之和。本申请可以弥补液氮环境下岩石热应力无法有效测量的空白。

技术领域

本申请属于岩石热应力测量领域，具体涉及一种测量液氮作用下岩石试件热应力的方法及装置。

背景技术

我国非常规油气资源丰富，开发潜力大。由于非常规油气储层渗透率极低，需要采用特殊的工程工艺技术进行开采。目前，常规水力压裂技术很难对非常规油气储层进行有效改造，液氮、液态二氧化碳等低温流体逐渐应用到非常规油气储层的压裂施工中，有望提高非常规油气资源产量。研究液氮超低温破岩机理对于液氮压裂施工设计至关重要，当前相关学者普遍认为热应力是液氮超低温破岩主要机理之一，因此测量液氮超低温作用下岩石热应力大小对研究液氮超低温破岩机理至关重要。

目前，常规测量热应力的方法主要是通过在岩石试件表面粘贴应变片或光纤等传感器测量岩石试件的变形来计算热应力大小，但是，由于液氮温度极低，常规测量热应力方法在测量液氮超低温作用下岩石热应力时主要面临两个问题，首先是应变片和光纤等传感器在液氮超低温作用下本身性质会发生较大变化导致其无法正常测量变形，其次是粘接传感器和试件的粘接剂在液氮超低温作用下也会发生较大变形从而干扰传感器测量试件应变，因此，常规测量热应力的方法在测量液氮超低温作用下岩石热应力时会发生失灵现象，导致无法有效测量岩石热应力。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种测量液氮作用下岩石试件热应力的方法及装置，其可以通过间接测量的方式测得液氮超低温作用下岩石热应力，为研究液氮超低温破岩机理提供依据。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供一种测量液氮作用下岩石试件热应力的方法，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拉伸强度之和。

在一个优选的实施方式中，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。

在一个优选的实施方式中，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。

在一个优选的实施方式中，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。