[发明专利]一种页岩岩芯的裂缝扩展分析装置及分析方法

权利要求书

1.一种页岩岩芯的裂缝扩展程度分析装置，其特征在于，所述装置包括万能材料试验机(1)、弧形压头(3)、页岩岩芯(4)、数据采集处理系统以及CT扫描仪，所述弧形压头(3)的材料为软质铝合金材料，弧形压头(3)包括上弧形压头和下弧形压头；页岩岩芯(4)的形状为圆柱状，在万能材料试验机底座上部设置有下弧形压头，下弧形压头的外表面为平面并与底座的上表面接触，圆柱状页岩岩芯设置在下弧形压头的弧形内表面中，页岩岩芯的圆柱外周面与下弧形压头的弧形内表面接触，岩芯的上部设置有上弧形压头，上弧形压头的弧形内表面与下弧形压头的弧形内表面相对，并且与页岩岩芯的圆柱外周面接触，圆柱状的页岩岩芯设置在上弧形压头和下弧形压头形成的空间内，在上弧形压头的上部设置有万能材料试验机的上压头(2)，上弧形压头的外表面为平面，万能材料试验机的上压头(2)对上弧形压头的外表面施加压力以使页岩岩芯压裂；上压头(2)内设置有压力测量仪；数据采集处理系统包括计算机和声波检测仪，声波检测仪包括声波探头，声波探头设置在圆柱状岩芯的两个圆形底面上，每个底面上贴有4个声波探头，4个声波探头在底面的圆周方向上以90度为间隔均匀设置，并且在圆形底面的径向方向上设置在从中心起算的2/3半径距离处，所述声波探头连接声波检测仪(6)，声波检测仪(6)连接计算机，通过声波检测仪(6)和万能材料试验机的压力测量仪同时对压裂过程中页岩岩芯的裂缝扩展进行实时监测，CT扫描仪用于对压裂前的页岩岩芯和压裂后的页岩岩芯分别进行扫描，以将扫描结果传送到所述计算机；对压裂前的页岩岩芯进行扫描，得到压裂前的岩芯孔隙度；对压裂后的页岩岩芯进行CT扫描，得到页岩岩芯压裂后的孔隙度；计算机通过对比压裂前、后的孔隙度来确定最终的页岩岩芯开裂程度，页岩岩芯开裂程度＝(开裂后孔隙度-开裂前孔隙度)/开裂前孔隙度。

2.根据权利要求1所述的页岩岩芯的裂缝扩展程度分析装置，其特征在于：万能材料试验机(1)对页岩岩芯施加压力，设定加载速度不大于0.05mm/min。

3.一种采用权利要求1-2所述的页岩岩芯的裂缝扩展程度分析装置对页岩岩芯的裂缝扩展进行分析的方法，其包括如下步骤：

步骤一：用CT扫描机对压裂前的圆柱状页岩岩芯(4)整体CT扫描，得到压裂前的页岩岩芯孔隙度，并将扫描结果传送到所述计算机；

步骤二：将页岩岩芯设置在上弧形压头和下弧形压头形成的空间内；将声波探头(5)分别粘贴在页岩岩芯的所述两个圆形底面上，然后打开声波检测仪(6)对完成粘贴声波探头(5)的页岩岩芯将进行断铅测试，可以用易断铅笔在岩芯上折断，这样折断时产生的声波会沿着页岩岩芯内部传播，根据断铅测试所测得的声音信号强度来判断声波探头是否与页岩岩芯表面紧密接触，能否正常传导声波能量，如果某一个探头声音信号强度过低，要拆除这个探头，并重新粘贴；

步骤三：设定材料试验机的加载速度，设定加载速度为不大于0.05mm/min，万能材料试验机开始对页岩岩芯(4)施加压力；万能材料试验机绘制压裂过程中的压力-位移曲线，其中横坐标为位移，纵坐标为压力；通过压力-位移曲线判断岩芯内部是否有大的裂缝出现；声波检测仪的显示器上生成的是累计曲线，表示单位时间步长内能检测到的声波数量，在不断施加压力的同时也要监测累积曲线的变化；当声波检测仪刚出现声波信号时，表示页岩岩芯内部开始开裂，万能材料试验机停机，得到页岩岩芯样本1，之后卸掉页岩岩芯，换上相同地质条件的新的页岩岩芯；

步骤四：对新的页岩岩芯重复步骤二和三，当声波检测仪的显示器上出现声波信号持续10-20分钟时，表示页岩岩芯出现一部分开裂裂缝，万能材料试验机停机，得到页岩岩芯样本2；当观察到压力-位移曲线突然下降时，表示页岩岩芯即将产生贯穿裂缝以致完全压碎，万能材料试验机停机，得到页岩岩芯样本3；

步骤五：对已经压裂的页岩岩芯样本1-3用CT扫描机进行CT扫描，得到页岩岩芯压裂后的孔隙度；计算机通过对比压裂前、后的孔隙度来确定最终的页岩岩芯开裂程度，页岩岩芯开裂程度＝(开裂后孔隙度-开裂前孔隙度)/开裂前孔隙度。