[发明专利]用于测试岩石剪胀增渗效果的剪切盒、实验方法和装置

说明书

本发明提供一种用于测试岩石剪胀增渗效果的剪切盒、实验方法和装置。其中该用于测试岩石剪胀增渗效果的剪切盒，包括密封套筒以及设置在该密封套筒两端的压头，其中：压头具有柱状本体，柱状本体的轴向设有通孔，柱状本体的一个底面上形成有凸台，凸台与密封套筒的内壁之间设有弹性垫片；两个压头上的通孔同轴设置，两个压头上的凸台相向设置，且两个凸台在任一柱状本体的底面上的投影，分别位于任一通孔在该底面上的投影的两侧。该剪切盒能够将对岩心样品所施加的轴向应力转化为剪切应力，以准确模拟地层条件下的压裂过程，有利于岩石剪胀增渗机理研究及效果评价。

技术领域

本发明涉及压裂技术，具体涉及一种测试岩石剪胀增渗效果的剪切盒、实验方法和实验装置。

背景技术

随着油气藏开采技术的不断发展以及油气资源需求量的不断增加，致密油气等非常规油气资源正日益受到关注和重视，逐步成为重要战略资源和有力补充。压裂技术作为致密油气储层改造的首要技术手段，在过去的三十年里产生了跨越式的进步。但目前压裂技术的主要发展方向在于增加裂缝复杂程度的研究，而忽略了裂缝剪胀增渗的效果评价及优化。而实际上，研究岩石剪胀增渗机理及效果评价，对于改善压裂效果、增加可采储量等，都具有非常重要的指导意义。

目前用于岩石剪切剪胀效果的研究方法及实验装置等的相关报道相对较少，其中最常用的方法，是先通过对岩心进行切割、巴西劈裂等，以进行人工劈裂造缝实验；然后根据实验要求，对劈裂后的岩样进行人为处理，以模拟不同程度的剪切滑移；最后用生胶带包裹岩心外围，置于两端帽之间，用聚四氟乙烯热收缩管，将岩样与端帽依靠收缩管的收缩而靠紧，得到含裂缝的岩样，从而能够进行不同围压下的渗透率测试。该方法操作简单，制样成功率高，能够满足剪切-渗透耦合的实验条件。但是该方法将剪切过程与渗流过程割裂开来，产生的裂缝与实际生产中压裂所产生裂缝差距较大，不能够模拟地层条件下的压裂过程，对于岩石剪胀增渗机理研究及效果评价没有实际的现场意义。

还有一种方法是直接使用三轴压机进行实验，将制好的标准岩心样品使用三轴流变仪进行加载破坏，形成剪切裂缝，然后对其进行不同围压和不同渗透压差下渗透性能的实验研究。这样得到的剪切裂隙与天然裂隙是相对接近的，且保证了剪切过程与渗流过程的连续性。但是使用该方法所得裂缝成因较为复杂，并不是单一的剪切裂缝，破裂压力较大，对岩石微观结构产生了较大影响，且裂缝破裂方向受岩石性质影响不可控制，对于裂缝渗透率计算有较大影响。

由此可见，目前对于岩石剪切-渗流耦合的实验研究多集中于土木工程领域对于岩体工程稳定性方面，更重视渗流对于岩体强度的影响。而压裂开发的关注点在于岩石剪切裂缝对于岩石渗流性质的影响。因此，现有的岩石剪切-渗流耦合实验装置及方法对于岩石剪胀增渗效果评价并不适用，急需一种可以测试岩石剪胀增渗效果的实验装置及实验方法。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种用于测试岩石剪胀增渗效果的剪切盒，能够将对岩心样品所施加的轴向应力转化为剪切应力，以准确模拟地层条件下的压裂过程，有利于岩石剪胀增渗机理研究及效果评价。

本发明提供一种用于测试岩石剪胀增渗效果的实验方法，使用上述剪切盒装夹岩心样品，能够测试岩心剪切破坏及剪切滑移过程中载荷随位移的变化、渗透率与剪切滑移距离的变化关系。

本发明还提供一种用于测试岩石剪胀增渗效果的实验装置，采用该实验装置，能够模拟实现剪切-渗流耦合全过程，从而有利于岩石剪胀增渗机理研究及效果评价。

为实现上述目的，本发明首先提供一种用于测试岩石剪胀增渗效果的剪切盒，包括密封套筒以及分别设置在该密封套筒两端的压头，其中：

压头具有柱状本体，柱状本体的轴向设有通孔，柱状本体的一个底面上形成有凸台，凸台与密封套筒的内壁之间设有弹性垫片；

两个压头上的通孔同轴设置，两个压头上的凸台相向设置，且两个凸台在任一柱状本体的底面上的投影，分别位于任一通孔在该底面上的投影的两侧。