[发明专利]测定岩石剪切强度及剪切裂缝摩擦滑动特性的测试装置

说明书

本发明提供了一种测定岩石剪切强度及剪切裂缝摩擦滑动特性的测试装置，包括：上剪切盘，具有沿水平面倾斜设置的上剪切斜面，上剪切斜面上设置有上剪切槽；下剪切盘，具有沿水平面倾斜设置的下剪切斜面，上剪切斜面与下剪切斜面平行，且上剪切斜面与下剪切斜面能够对应配合滑动，下剪切斜面上设置有下剪切槽，下剪切槽与上剪切槽对应并能够形成柱形容纳空间，柱形容纳空间的轴线与下剪切斜面垂直。本发明的有益效果是，测试过程中可实时记录轴向位移、轴向载荷随时间的变化，即可同时得到岩石剪切强度和剪切裂缝摩擦滑动特性。

技术领域

本发明涉及一种测定岩石剪切强度及剪切裂缝摩擦滑动特性的测试装置。

背景技术

深部非常规油气资源及地热能资源是我国未来重要的接替能源。深部岩石面临高地应力、高温、高孔隙压力等“三高”特征，给岩石力学性质测试带来了前所未有的挑战。深部非常规油气储层及地热储层基质渗透率极低，但是天然裂缝发育，水力压裂有效激活天然裂缝、裂缝剪切滑移成网、提高储层连通性是非常规油气储层及地热储层获得良好改造效果的关键。因此，水力压裂裂缝剪切滑移的力学机制是其关键科学问题之一，也是当前学术界研究热点之一。

水力压裂裂缝剪切滑移过程是天然裂缝弱面在地应力和缝内水压力作用下发生剪切破裂，接着剪切裂缝相对摩擦滑动，形成具有一定导流能力的自支撑裂缝。岩石天然裂缝弱面的剪切强度以及剪切裂缝面摩擦滑动特性是揭示压裂裂缝剪切滑移力学机制的基础。亟需一种能够同时测量岩石弱面剪切强度和剪切裂缝摩擦滑动特性的测试装置。

测量岩石剪切强度主要有直接剪切法和拟三轴压缩试验法，分别利用岩石直剪仪和三轴岩石力学试验机完成。裂缝面摩擦滑动特性通常指摩擦系数随滑动距离的变化规律，可由直接剪切试验法、扭剪试验法和三轴压缩试验法测得。然而，现有测试装置存在以下问题：1)现有岩石直剪仪通常仅能模拟岩石所受正压力和剪切力，无法模拟深部岩石所受三轴地应力和温度条件，同时无法精确测量剪切裂缝面摩擦滑动特性；2)三轴压缩试验法是基于摩尔库伦准则间接测量得到剪切强度，无法同时测试剪切强度和剪切裂缝的摩擦滑动特性。现有测试装置缺乏同时测量岩石剪切强度与剪切裂缝面摩擦滑动特性的功能。

发明内容

本发明提供了一种测定岩石剪切强度及剪切裂缝摩擦滑动特性的测试装置，以同时测量岩石剪切强度与剪切裂缝面摩擦滑动特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测定岩石剪切强度及剪切裂缝摩擦滑动特性的测试装置，包括：上剪切盘，具有沿水平面倾斜设置的上剪切斜面，上剪切斜面上设置有上剪切槽；下剪切盘，具有沿水平面倾斜设置的下剪切斜面，上剪切斜面与下剪切斜面平行，且上剪切斜面与下剪切斜面能够对应配合滑动，下剪切斜面上设置有下剪切槽，下剪切槽与上剪切槽对应并能够形成柱形容纳空间，柱形容纳空间的轴线与下剪切斜面垂直。

进一步地，上剪切盘上设置有滑动凹槽，下剪切盘上对应设置有与滑动凹槽配合的滑动凸起；或者，上剪切盘上设置有滑动凸起，下剪切盘上对应设置有与滑动凸起配合的滑动凹槽。

进一步地，滑动凹槽为燕尾槽。

进一步地，上剪切槽内设置有用于固定岩心一端的上套筒组件，下剪切槽内设置有用于固定岩心另一端的下套筒组件。

进一步地，上剪切盘和下剪切盘结构相同，上剪切盘为直角棱锥体状结构。

进一步地，当上剪切斜面与下剪切斜面配合时，上剪切盘的上表面与下剪切盘的下表面均与水平面平行。

进一步地，下剪切盘的下表面设置有用于固定的卡槽。

本发明的有益效果是，采用三轴岩石力学试验机压头在上剪切盘施加轴向载荷，促使上剪切盘和下剪切盘沿上剪切斜面与下剪切斜面相对滑动，此时岩心在与上剪切斜面相交平面上产生剪切破坏；形成剪切裂缝并继续摩擦滑动。测试过程中可实时记录轴向位移、轴向载荷随时间的变化，即可同时得到岩石剪切强度和剪切裂缝摩擦滑动特性。

附图说明