[发明专利]水压致裂法测量高温岩石断裂韧性的装置及方法

权利要求书

1.一种水压致裂法测量高温岩石断裂韧性的装置，其特征在于，包括:

柔性加载外套(1),其用于容置待测岩样(6)；

釜体(2)，其具有围压腔，所述柔性加载外套(1)设置于所述围压腔内，所述柔性加载外套(1)与所述釜体(2)之间形成有环形空间(7)；

油路机构(3)，其与环形空间(7)相连通，所述油路机构(3)用于向所述环形空间(7)内输入流体以使流体能通过所述柔性加载外套(1)向待测岩样(6)施加围压；

加热系统(4)，用于对所述待测岩样(6)进行加热；

致裂水路机构(5)，其与所述岩样上的内孔(8)相连通，所述致裂水路机构(5)用于向所述内孔(8)内输入压裂液，以对待测岩样(6)施加致裂水压，所述内孔(8)的侧壁上设有预制裂纹(9)；

数据采集系统，用于对所述待测岩样(6)的加热温度、所受围压和致裂水压进行测量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述釜体(2)包括刚性筒体(201)和设置在所述刚性筒体(201)两端的两个端盖(202)，两个所述端盖(202)分别与所述待测岩样(6)的两端相抵，所述柔性加载外套(1)的两端分别与两个所述端盖(202)密封连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述加热系统(4)包括设置在所述刚性筒体(201)外的发热丝(402)以及覆盖在发热丝(402)外的保温隔热层(403)，所述数据采集系统的温控传感器(10)设置在所述刚性筒体(201)上并与温度显示表(14)电性连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述加热系统(4)还包括保护外筒，所述发热丝(402)和保温隔热层(403)从里到外装配在所述保护外筒内。

5.根据权利要求2-4任一项所述的装置，其特征在于：所述致裂水路机构(5)包括高压水泵(501)和致裂水箱，所述致裂水箱、高压水泵(501)和所述内孔(8)通过致裂管路(502)顺次相连；

所述数据采集系统的水压传感器(11)设置在所述致裂管路(502)上，并与水压显示表(13)连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述内孔(8)内设有柔性加载内套(16)，所述柔性加载内套(16)的一端与其中一个所述端盖(202)密封连接，另一端与另一个所述端盖(202)上的压裂液进口连通，所述压裂液进口与所述致裂管路(502)相连通。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述油路机构(3)包括液压泵(301)、回油管路(302)和进油管路(303)，所述液压泵(301)通过所述进油管路(303)与所述环形空间(7)连通，所述回油管路(302)连通于所述液压泵(301)的液压油箱和所述环形空间(7)，且其上设有阀门。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述数据采集系统的围压传感器(15)设置在所述环形空间(7)上，并与围压显示表(12)电性连接。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述柔性加载外套(1)和柔性加载内套(16)均采用橡胶套。

10.一种水压致裂法测量高温岩石断裂韧性的方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的装置，包括：

将待测岩样放置在柔性加载外套内；

通过油路机构对环形空间内输入流体以使流体能通过柔性加载外套向待测岩样施加围压；

保持围压不变，通过加热系统对待测岩样进行加热，温度达到预定值后停止升温，通过致裂水路机构向待测岩样施加致裂水压；

利用数据采集系统对待测岩样的加热温度、所受围压和致裂水压进行测量；

随着水压不断增加使得待测岩样预制裂纹失稳扩展，当水压达到峰值发生突降的瞬间，说明预制裂纹失稳破坏，此时关闭致裂水路机构，记录峰值水压力值，并由下列公式计算出岩样的断裂韧度：

其中：K_IC为待测岩样断裂韧度，P_f为峰值水压力值，a待测岩样的内孔半径，b为待测岩样的外径，L为预制裂纹长度，K_I^*为无量纲应力强度因子。