[发明专利]一种页岩断裂韧性测试试样的加工及测试装置和方法

说明书

本发明涉及一种页岩断裂韧性测试试样的加工及测试装置和方法，所述加工装置包括：金属板夹具、钢丝锯、橡胶垫，钢丝锯的钢丝锯条穿过所述页岩岩芯试样圆心处的钻孔与所述金属板夹具中的导槽，从而通过导槽对钢丝锯条进行引导，对所述页岩岩芯试样圆心处的钻孔进行加工，以将钻孔加工成直切槽，从而将所述页岩岩芯试样加工成直切槽巴西圆盘法试样。本发明使直切槽页岩试样裂缝更细，从而更好地反应裂纹前端真实情况，对于提高页岩断裂韧性测试精度具有重要的实用意义。

技术领域

本发明属于页岩气勘探开发技术领域，具体涉及的是页岩的断裂韧性测试试样的加工装置及测试装置和方法。

背景技术

在现代页岩气开采过程中，主要是依靠水力压裂技术使得页岩的人为裂缝和天然气裂缝形成于裂缝网络，以此来收集页岩气资源。因此与压裂技术相关的页岩断裂韧性的实验测试在页岩气开采工程中尤为重要。通常“裂纹”是指具有一定的长度和宽度，且端部较尖锐的裂缝。在岩石断裂韧度测试方法发展过程中，先后出现了几十种不同试样类型，各有优劣。主要测试试样有3点弯曲圆梁(CB)、短圆棒(SR)、巴西圆盘(CCNBD)等V型切槽断裂试样等。国际岩石力学学会(ISRM)实验室和现场试验标准化测试方法委员会推荐使用的双人字形切槽巴西圆盘试样。

常规双人字形切槽巴西圆盘法试样由于加工刀片太厚，使得切槽缝较宽，不易进行较窄缝的制作，特别是裂缝前端的尖锐程度不易保证。且由于双人字形切槽巴西圆盘试样加工过程中需要有水进行冷却，会严重影响页岩组织成分，从而影响到断裂韧性的测试精度。

对于直径不超过100mm的圆盘确定岩石的静态断裂韧度时，试件直切槽的裂尖半径至少要小于0.4mm，所以加工难度比较大。当采用钢丝锯手工操作加工直切槽巴西圆盘试样时，由于钢丝难以控制，往往锯缝不能保证平直，也会影响断裂韧性的测试精度。所以需要设计一种适用于页岩岩芯的直切槽巴西圆盘法试样的加工及试验装置，从而显著降低加工难度，提升试验质量，提高试验精度。

发明内容

为了解决上述技术方案，本发明的目的在于克服双人字形切槽巴西圆盘法试样加工方法的缺点，考虑页岩岩体自身的力学特性，设计出一种适合于页岩直切槽巴西圆盘法试样需求的加工装置。

本发明的技术方案是：一种页岩断裂韧性测试试样的加工装置，所述加工装置包括：述金属板夹具、钢丝锯、橡胶垫；

其中，2个所述金属板夹具相对布置，两个所述金属板夹具相对的面上各设置有一橡胶垫，2个所述金属板夹具之间通过六角螺母、六角螺栓和金属垫圈固定，2个所述金属板夹具中部设有用于对钢丝锯条进行直线导向导槽；使用时，将钻孔加工后的页岩岩芯试样设置在所述橡胶垫之间，两个所述金属板夹具通过六角螺母、六角螺栓和金属垫圈固定连接在一起，从而将所述页岩岩芯试样夹持在橡胶垫之间；钢丝锯的钢丝锯条穿过所述页岩岩芯试样圆心处的钻孔与所述金属板夹具中的导槽，从而通过导槽对钢丝锯进行引导，对所述页岩岩芯试样圆心处的钻孔进行加工，以将钻孔加工成直切槽，从而将所述页岩岩芯试样加工成直切槽巴西圆盘法试样，即得到所述页岩断裂韧性测试试样。

进一步，该加工装置还包括试验装置，所述试验装置包括：上下金属压头、力学通用试验机试验机、引申仪和数据采集计算机；

其中，所述上下金属压头置于所述力学通用试验机工作面上，所述引申仪的测量传感器贴在所述上下金属压头上，所述引申仪和所述力学通用试验机分别通过数据线与计算机相连。

进一步，所述钢丝锯的直径为0.26-0.38mm。

进一步，所述页岩岩芯试样为圆盘形，其直径为60-100mm，厚度为25-40mm，所述页岩岩芯试样圆心处的钻孔优选采用磨钻加工，钻孔为圆孔，其直径控制在2-3mm。

进一步，所述导槽的宽度为0.5mm，长为50mm。

本发明的另一目的是提供一种采用上述加工装置对页岩断裂韧性测试试样进行加工的方法，包括如下步骤：