[发明专利]多场耦合下拉-剪破裂实验用含节理裂隙岩芯制作方法

说明书

本发明公开了一种多场耦合下拉‑剪破裂实验用含节理裂隙岩芯制作方法，包括在工程岩体区域取样并切割为六面立方体岩块；在岩块表面刻画裂缝线；在岩块上切割节理裂隙，且切割深度大于最终得到的实验所需试样岩芯对应轮廓；通过对岩石进行物理实验等确定拟制备的弱节理裂隙的抗拉和抗剪强度范围；并通过拟填充混泥土的物理实验确定合适配比的水泥、粉煤灰、速凝剂、砂、水和粘结剂，并制备喷射混凝土，并通过干喷法填充节理裂隙；在30℃恒温环境内养护7天～90天，以使填充后部分具有与真实弱节理裂隙接近或相同的渗透性、抗拉和抗剪强度；截取试样并打磨光滑。本发明的益效果：可获得接近于深部真实含天然裂隙岩芯特性接近或相同的试样，且可操作性高强。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，具体是一种多场耦合下拉-剪破裂实验用含节理裂隙岩芯制作方法。

背景技术

在深部岩土工程领域，含裂隙岩体是岩土工程领域经常遇到的一种复杂介质，其岩体裂隙的形成、扩展是煤层气开采、水利水坝养护、低渗透油气藏压裂开采、干热岩开发利用等研究中的重要组成部分。大量工程实践表明，深部岩土工程施工中，岩体的开裂和压裂裂缝网络的形成多是由于内部原生弱节理裂隙面在地应力、流体压力等综合作用下引起的弱节理面拉伸、剪切、滑移等破坏引起的。该用于多场耦合下拉-剪实验研究的含节理裂隙岩芯的制作方法对于研究当前理论上和模拟中常用的原生裂隙模型下岩石的破坏机制、以及网络的影响对非常规油气开采、干热岩利用具有重要的理论价值和实践意义。

用于室内岩石物理实验研究的岩样一般是完整岩样，不具备天然弱节理裂隙面。学者们常采用相似材料，并通过不同的裂缝片(如云母、铁片等)，预制弱节理裂隙，该方法能够较好地对岩石材料的物理性质进行模拟，进而研究其变形、破坏、流体渗流等规律进行。但相似材料并不能真实再现深部岩石在不同应力、流体渗流条件下的裂缝起裂、扩展、及网络形成等多由真实岩石非均质特征引起的变形、破坏等现象，因此，在真实岩石材料中预制具备一定几何特征、网络特征的弱节理裂隙，并进行拉、剪、拉-剪混合压裂破坏相关实验是非常规油气、干热岩等开采方法研究不可或缺的一种方法。

目前压裂实验含裂隙岩样的制作成为了制约水力压裂、CO₂压裂、泡沫压裂、干冰压裂等非常规油气开采实验研究发展的一个难点。现阶段国内外相关裂隙制作方法种类较多，这些方法主要存在以下问题，一类是采用相似模型材料，与深部真实岩石材料特性差异较大，不适用于深部弱节理裂隙真实岩石；且能预制的裂纹数量大多只有两条，不适用于离散裂缝、多尺度网络模型的实验研究；特别是预埋金属薄片模拟节理的方案，金属容易松动导致裂缝精度不够，在取出金属薄片后，裂缝不填充，或采用云母、树脂胶或石膏类填充对抗拉强度或渗流实验影响较大。另一类是采用类岩石试样，与深部真实岩石材料特性也具有较大差异，不适用于深部弱节理裂隙真实岩石；且大多依赖于3D打印，其造价很高。还有一类是采用高压水切刀技术对真实长方体岩块进行裂隙切割，能够模拟真实岩石，但采用云母填充裂隙对其裂隙与岩石的流体交换有影响，采用石膏填充，抗拉强度远低于深部真实岩石弱节理裂隙的抗拉强度。当然也有裂隙填充采用粒径为0.50～0.69mm的细砂和502胶胶结而成，而502胶结对裂隙岩体的渗透性有影响；还有采用水泥砂浆制作类岩石材料，也不适用于深部弱节理裂隙真实岩石。另外，还有采用高速电机和旋转切割刀片相结合的裂缝切割方式，该切割方式只适用于边缘裂缝的切割。

因此，目前急需一种适用于岩石拉裂、剪裂、以及拉剪混合作用下的含裂隙岩石制作方法，以此获得更加接近于深部真实含天然裂隙岩芯，满足对已经天然弱节理裂隙下压裂裂缝形成扩展机理的研究。

发明内容