巖心裂縫制備裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種巖心裂縫制備裝置，包括：工作臺(tái)(1)，所述工作臺(tái)上設(shè)有第一墊板(2)；設(shè)在第一墊板(2)上的巖心筒(5)，用于裝待壓巖心(4)；設(shè)在第一墊板(2)和待壓巖心(4)之間的若干個(gè)尖錐造縫工具(3)，尖錐造縫工具(3)的尖頭朝向待壓巖心(4)的下表面；設(shè)在巖心筒(5)上的第二墊板(6)，所述第二墊板(6)壓在待壓巖心(4)的上表面；壓力機(jī)(8)，作用在第二墊板(6)上，用于提供壓力。該巖心裂縫制備裝置能人工造出網(wǎng)絡(luò)裂縫且方便控制和操作。
【專利說明】巖心裂縫制備裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖心人工造縫【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種巖心裂縫的制備裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)外的巖心人工造縫方法歸納起來主要包括均勻劈開法、徑向拉伸和軸向壓縮。均勻劈開法是指用切割機(jī)將巖心切成對(duì)等的兩半，根據(jù)所需的裂縫開度，用中間墊片厚度或者填砂的直徑模擬裂縫寬度或計(jì)算寬度。這種方法應(yīng)根據(jù)巖心材質(zhì)是天然巖心還是人造巖心、巖心的致密程度等物性以及試驗(yàn)?zāi)康挠袇^(qū)別地造縫或充填。徑向拉伸法主要利用測(cè)定巖石抗拉強(qiáng)度的巴西試驗(yàn)原理，在巖心徑向施加壓力。即在沿加載直徑的垂直方向上分布有拉伸應(yīng)力，隨著壓力的增加，拉伸應(yīng)力逐漸增大。在拉伸應(yīng)力的作用下，沿壓力方向?qū)⒅饾u產(chǎn)生裂紋，最終拉開一條裂縫。此裂縫與施加壓力平行，與拉伸應(yīng)力垂直，裂縫面粗糙。軸向壓縮法可分為單軸壓縮和三軸壓縮。操作方法是將巖心封在熱縮套中，以與圍壓介質(zhì)隔開，裝好應(yīng)變測(cè)量裝置，放入高壓倉(cāng)，施加軸向應(yīng)力(在三軸試驗(yàn)中還需充入圍壓油，加上圍壓)。在軸向應(yīng)力的作用下，巖心將逐漸變形直至產(chǎn)生裂縫。用軸向壓縮方法進(jìn)行造縫時(shí)，巖心本身的脆性差異致使不同巖心的破裂形態(tài)呈現(xiàn)多樣性。致密的砂巖幾乎總是形成一條主導(dǎo)裂縫且造縫較易控制。而灰?guī)r、輝綠巖、片麻巖等脆性較大，趨于多裂縫發(fā)育。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)是:其中的均勻劈開法和徑向拉伸法通常形成單一裂縫；軸向壓縮法雖然有可能形成多裂縫或網(wǎng)絡(luò)裂縫，但是這種方法在造縫時(shí)使用的設(shè)備多，造縫時(shí)需要的壓力大，操作方法也相對(duì)比較復(fù)雜，造成的裂縫分布主要受巖石脆性因素制約，人工較難控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問題是，提供一種能人工造出網(wǎng)絡(luò)裂縫且方便控制和操作的巖心裂縫制備裝置。
[0005]針對(duì)以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的巖心裂縫制備裝置，包括:
[0006]工作臺(tái)，所述工作臺(tái)上設(shè)有第一墊板；
[0007]設(shè)在第一墊板上的巖心筒，用于裝待壓巖心；
[0008]設(shè)在第一墊板和待壓巖心之間的若干個(gè)尖錐造縫工具，尖錐造縫工具的尖頭朝向待壓巖心的下表面；
[0009]設(shè)在巖心筒上的第二墊板，所述第二墊板壓在待壓巖心的上表面；
[0010]壓力機(jī)，作用在第二墊板上，用于提供壓力。
[0011 ] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的巖心裂縫制備裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)。通過將巖心裝入巖心筒，在加壓造縫過程中巖心不容易破碎。待壓巖心壓在尖錐造縫工具的尖頭上，通過若干個(gè)尖頭的引導(dǎo)，能人工造出網(wǎng)絡(luò)裂縫，而且造縫時(shí)需要的壓力降低。通過壓力機(jī)、巖心筒和尖錐造縫工具使得巖心的裂縫在一定程度上可控，在操作過程中只需要控制壓力機(jī)的壓力即可，操作更方便。
[0012]作為本發(fā)明的裝置的一種優(yōu)選，所述尖錐造縫工具包括圓錐、三棱錐、四棱錐、五角星錐和六角星錐。圓錐、三棱錐、四棱錐、五角星錐和六角星錐均為比較規(guī)則的形狀，方便批量加工。
[0013]作為本發(fā)明的裝置的另一種優(yōu)選，所述尖錐造縫工具在第一墊板上呈三點(diǎn)均勻分布或四點(diǎn)均勻分布。使得造出來的巖心裂縫形狀更接近實(shí)際頁(yè)巖狀況，造縫后的巖心可作為地層傷害試驗(yàn)的基礎(chǔ)部件。
[0014]作為本發(fā)明的裝置的一種改進(jìn)，所述待壓巖心的上表面設(shè)有尖頭朝下的尖錐造縫工具。待壓巖心的上表面也設(shè)置尖錐造縫工具，能起到更好的引導(dǎo)作用。
[0015]為本發(fā)明的裝置的還有一種優(yōu)選，所述待壓巖心包括頁(yè)巖、砂巖、碳酸鹽巖、火山巖。適用范圍更廣，可用于給包括頁(yè)巖、砂巖、碳酸鹽巖、火山巖在內(nèi)的多種巖心造縫，造縫后的巖心用于各種巖層的地層傷害試驗(yàn)，與實(shí)際狀況更接近。
[0016]本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是，提供一種采用本發(fā)明的巖心裂縫制備裝置制備巖心裂縫的方法，包括以下步驟:
[0017]I)將待壓巖心除兩個(gè)端面外的部分包好；
[0018]2)在包好的待壓巖心的兩端加上尖錐造縫工具，一起裝入巖心筒；
[0019]3)將裝有待壓巖心的巖心筒放在第一墊板上，第一墊板位于工作臺(tái)上，并將第二墊板放在巖心筒上；
[0020]4)操作壓力機(jī)，先使壓力機(jī)下降至接觸第二墊板，并開始加壓，直到待壓巖心受到的壓力在不斷增大后突然大幅度降低，停止加壓，記下壓力的最高值；
[0021]5)卸壓，取下壓過的巖心。
[0022]若需繼續(xù)加工其它的巖心，則換一塊巖心，重復(fù)步驟I)?5)。
[0023]作為本發(fā)明的方法的一種改進(jìn)，步驟2)中若包好的待壓巖心的兩端加上尖錐造縫工具一起裝入巖心筒時(shí)巖心筒的一端面或兩端面還高出尖錐造縫工具，則向巖心筒內(nèi)裝入金屬墊塊直至兩端均凸出巖心筒的兩端面，一起放置在壓力機(jī)上。通過金屬墊塊方便壓力能更好地作用到巖心上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1所示是本發(fā)明的巖心裂縫制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2所示為三個(gè)三棱錐呈三點(diǎn)均勻分布的示意圖。
[0026]圖3所示為四個(gè)三棱錐呈四點(diǎn)均勻分布的示意圖。
[0027]圖4所示為三個(gè)六角星錐呈三點(diǎn)均勻分布的示意圖。
[0028]圖中所示:1、工作臺(tái)，2、第一墊板，3、尖錐造縫工具，4、巖心，5、巖心筒，6、第二墊板，7、壓力表,8、壓力機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1所示為本發(fā)明的巖心裂縫制備裝置一種具體實(shí)施例。在該實(shí)施例中，本發(fā)明的巖心裂縫制備裝置，包括:
[0030]工作臺(tái)I，所述工作臺(tái)上設(shè)有第一墊板2 ；
[0031]設(shè)在第一墊板2上的巖心筒5,用于裝待壓巖心4 ；
[0032]設(shè)在第一墊板2和待壓巖心4之間的若干個(gè)尖錐造縫工具3，尖錐造縫工具3的尖頭朝向待壓巖心4的下表面；
[0033]設(shè)在巖心筒5上的第二墊板6，所述第二墊板6壓在待壓巖心4的上表面；
[0034]壓力機(jī)8，作用在第二墊板6上，用于提供壓力。一般壓力機(jī)8連接有壓力表7，用于直接讀取壓力機(jī)8輸出的壓力值。
[0035]所示壓力機(jī)8選用巴西試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)產(chǎn)，型號(hào)是BZ-1。
[0036]在本實(shí)施例中，所述尖錐造縫工具3包括圓錐、三棱錐、四棱錐、五角星錐和六角星錐。
[0037]所述尖錐造縫工具3在第一墊板2上呈三點(diǎn)均勻分布或四點(diǎn)均勻分布。
[0038]圖2所示為三個(gè)三棱錐呈三點(diǎn)均勻分布的示意圖。
[0039]圖3所示為四個(gè)三棱錐呈四點(diǎn)均勻分布的示意圖。
[0040]圖4所示為三個(gè)六角星錐呈三點(diǎn)均勻分布的示意圖。
[0041]所述若干個(gè)尖錐造縫工具3也可以為不均勻分布形式或其它分布形式。
[0042]所述待壓巖心4的上表面設(shè)有尖頭朝下的尖錐造縫工具3。在本實(shí)施例中，待壓巖心4的上表面和下表面均設(shè)有尖錐造縫工具3。
[0043]在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，只在待壓巖心4的上表面設(shè)置尖頭朝下的尖錐造縫工具3。在另一個(gè)未示出的實(shí)施例中，也可以只在待壓巖心4的下表面設(shè)置尖頭朝上的尖錐造縫工具3。
[0044]所述待壓巖心4包括頁(yè)巖、砂巖、碳酸鹽巖、火山巖。
[0045]一種采用本發(fā)明的裝置制備巖心裂縫的方法，包括以下步驟:
[0046]I)將待壓巖心4除兩個(gè)端面外的部分包好；
[0047]2)在包好的待壓巖心4的兩端加上尖錐造縫工具3，一起裝入巖心筒5 ；
[0048]3)將裝有待壓巖心4的巖心筒5放在第一墊板2上，第一墊板2位于工作臺(tái)I上，并將第二墊板6放在巖心筒5上；
[0049]4)操作壓力機(jī)8，先使壓力機(jī)8下降至接觸第二墊板6，并開始加壓，直到待壓巖心4受到的壓力在不斷增大后突然大幅度降低，停止加壓，記下壓力的最高值；
[0050]5)卸壓，取下壓過的巖心4。
[0051]若需繼續(xù)加工其它的巖心4，則換一塊巖心4，重復(fù)步驟I)?5)。
[0052]作為本發(fā)明的方法的一種變化，在步驟2)中若也可以是，先將尖錐造縫工具3分別在第一墊板2和第二墊板6上排列并固定后,將包好的待壓巖心4的下表面放在位于第一墊板2的尖錐造縫工具3上并調(diào)整待壓巖心4的位置；再將巖心筒5套在待壓巖心4上；并在步驟3)中，將固定在第二墊板6上的尖錐造縫工具3尖頭朝向待壓巖心4的上表面壓在待壓巖心4上。該方法要求第二墊板6能夠放入巖心筒5,并在裝入巖心筒5后第二墊板6的上表面突出巖心筒5的上端面。
[0053]步驟2)中若包好的待壓巖心4的兩端加上尖錐造縫工具3 —起裝入巖心筒5時(shí)巖心筒5的一端面或兩端面還高出尖錐造縫工具3，則向巖心筒5內(nèi)裝入金屬墊塊直至兩端均凸出巖心筒5的兩端面，一起放置在壓力機(jī)8上。
[0054]實(shí)施例一:
[0055]I)選用直徑為一英寸即2.54cm的頁(yè)巖巖心4和砂巖巖心4各一塊,將待加工巖心4的兩端面打磨平整，然后采用保鮮膜或膠帶將巖心4除兩個(gè)端面外的部分包好；
[0056]2)對(duì)直徑為2.54cm的巖心4，所述的尖錐造縫工具3的尖頭與第一墊板2的中心或圓心的距離為0.43cm ;第一墊板2采用圓形墊板，尖錐造縫工具3采用三棱錐，所述三個(gè)或四個(gè)三棱錐在第一墊板2上呈三點(diǎn)或四點(diǎn)均勻分布，如圖2和圖3所示。
[0057]3)選取內(nèi)部直徑為2.54cm、長(zhǎng)度為1cm的巖心筒5,所述巖心筒5為金屬筒或橡膠筒；將巖心4和尖錐造縫工具3均裝入巖心筒5并定位；若是將巖心4和尖錐造縫工具3放入巖心筒5后,巖心筒5尚有空余,可放入與巖心筒5直徑相等的金屬墊塊進(jìn)行填充。
[0058]需要在巖心筒5的下端添加金屬墊塊時(shí),首先將一塊直徑與巖心筒5內(nèi)部直徑相等的圓形金屬墊塊放在工作臺(tái)I上，將尖錐造縫工具3按照距離金屬墊塊的圓心0.43cm的位置呈90°或120°均勻分布并進(jìn)行定位。然后，對(duì)準(zhǔn)巖心4位置，將巖心4放在尖錐造縫工具3上,將巖心筒5扣入,并將裝有巖心4的巖心筒5移動(dòng)到一墊板2上并調(diào)整好位置。
[0059]若需要在巖心筒5的上端添加金屬墊塊,首先將一塊直徑與巖心筒5內(nèi)部直徑相等的圓形金屬墊塊放在工作臺(tái)I上，將尖錐造縫工具3按照距離金屬墊塊的圓心0.43cm的位置呈90°或120°均勻分布并進(jìn)行定位。圓形金屬墊塊以尖錐造縫工具3的尖頭朝下的方式倒置放入裝有待壓巖心4的巖心筒5內(nèi)，并調(diào)整好位置。再將裝有巖心4的巖心筒5移動(dòng)到第一墊板2上并調(diào)整好位置。最后在巖心筒5的上面金屬墊塊上加設(shè)第二墊板6。
[0060]也可以在巖心筒5的上端和下端均添加金屬墊塊,一般是先在巖心筒5的下端添加金屬墊塊，再在巖心筒5的上端添加金屬墊塊。
[0061]4)操作壓力機(jī)8，并進(jìn)行對(duì)第二墊板6加壓，從壓力表7中可以看到待壓巖心4受到的壓力不斷增大，直到壓力突然大幅度降低，停止加壓，記下壓力的最高值；
[0062]5)卸壓，取下壓過的巖心4。
[0063]一塊巖心4造縫完成后，換下一塊待壓巖心4，重復(fù)步驟步驟I)?5)。
[0064]實(shí)施例二:
[0065]I)選取直徑為一英寸半即3.8cm的頁(yè)巖巖心4和砂巖巖心4各一塊,將待加工巖心4的兩端面打磨平整，然后采用保鮮膜或膠帶將巖心4除兩個(gè)端面外的部分包好；
[0066]2)對(duì)直徑為3.8cm的巖心4，所述的尖錐造縫工具3的尖頭與第一墊板2的中心或圓心的距離為0.81cm ；
[0067]3)選用直徑為3.8cm、長(zhǎng)度為1cm的巖心筒5,所述巖心筒5為金屬筒或橡膠筒；將巖心4和尖錐造縫工具3均裝入巖心筒5并定位；若是將巖心4放入巖心筒5后,巖心筒5尚有空余，可放入與巖心筒5直徑相等的金屬墊塊進(jìn)行填充；添加金屬墊塊的方式與實(shí)施例一相同。
[0068]4)將裝有巖心4的巖心筒5放在第一墊板2和第二墊板6之間，操作壓力機(jī)8，并對(duì)第二墊板6進(jìn)行加壓，從壓力表7中可以看到待壓巖心4受到的壓力不斷增大，直到壓力突然大幅度降低，停止加壓，記下壓力的最高值；
[0069]5)卸壓，取下壓過的巖心4。
[0070]雖然已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而可以理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)或替換。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突，各實(shí)施例中的特征均可相互結(jié)合起來，所形成的組合式特征仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種巖心裂縫制備裝置，包括: 工作臺(tái)(I)，所述工作臺(tái)上設(shè)有第一墊板(2); 設(shè)在第一墊板(2)上的巖心筒(5),用于裝待壓巖心(4)； 設(shè)在第一墊板(2)和待壓巖心(4)之間的若干個(gè)尖錐造縫工具(3)，尖錐造縫工具(3)的尖頭朝向待壓巖心(4)的下表面； 設(shè)在巖心筒(5)上的第二墊板￠)，所述第二墊板(6)壓在待壓巖心(4)的上表面； 壓力機(jī)(8)，作用在第二墊板(6)上，用于提供壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述尖錐造縫工具(3)包括圓錐、三棱錐、四棱錐、五角星錐和六角星錐。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述尖錐造縫工具(3)在第一墊板(2)上呈三點(diǎn)均勻分布或四點(diǎn)均勻分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述待壓巖心(4)的上表面設(shè)有尖頭朝下的尖錐造縫工具(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述待壓巖心(4)包括頁(yè)巖、砂巖、碳酸鹽巖、火山巖。
6.一種采用權(quán)利要求1?5所述的裝置制備巖心裂縫的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將待壓巖心(4)除兩個(gè)端面外的部分包好； 2)在包好的待壓巖心(4)的兩端加上尖錐造縫工具(3)，一起裝入巖心筒(5)； 3)將裝有待壓巖心(4)的巖心筒(5)放在第一墊板(2)上，第一墊板(2)位于工作臺(tái)(I)上，并將第二墊板(6)放在巖心筒(5)上； 4)操作壓力機(jī)(8)，先使壓力機(jī)(8)下降至接觸第二墊板(6)，并開始加壓，直到待壓巖心(4)受到的壓力在不斷增大后突然大幅度降低，停止加壓，記下壓力的最高值； 5)卸壓，取下壓過的巖心(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，若需繼續(xù)加工其它的巖心(4)，則換一塊巖心⑷，重復(fù)步驟I)?5 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟2)中若包好的待壓巖心(4)的兩端加上尖錐造縫工具(3) —起裝入巖心筒(5)時(shí)巖心筒(5)的一端面或兩端面還高出尖錐造縫工具(3)，則向巖心筒(5)內(nèi)裝入金屬墊塊直至兩端均凸出巖心筒(5)的兩端面，一起放置在壓力機(jī)(8)上。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK104236965SQ201310231851
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月9日
【發(fā)明者】龍秋蓮, 史愛萍, 高媛萍, 黃志文, 張鎖兵, 張大年 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院