[发明专利]一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及水力压裂技术领域，具体涉及一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法。

背景技术

岩石水力压裂增透工程实例表明，纯水力压裂过程中岩石的破裂程度基本不能实现岩体整理破裂，最终形成的裂隙网络密集度实现的增透效果较差，而增加压裂液的水力压裂技术会带来相应的环境污染问题。岩石材料存在大小不同分布各异的微观孔隙和裂纹，因而岩石的物理力学特性通常表现出各向异性。本发明的发明人经过研究发现，由于在水压作用下岩石的破坏特性很复杂，传统力学实验方法中的一些基本参数很难较好地描述水压岩石的强度特性以及裂纹扩展规律，从细观甚至是微观的角度描述岩石的内部结构以及受载后的结构变化的三维形态分析变得更加困难。因而，如何更好的获得微裂纹与微孔洞的分布规律，一直是目前所面临的一个难题。

发明内容

针对现有技术存在的传统力学实验方法中的一些基本参数很难较好地描述水压岩石的强度特性以及裂纹扩展规律，从细观甚至是微观的角度描述岩石的内部结构以及受载后的结构变化的三维形态分析变得更加困难的技术问题，本发明提供一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法，该方法利用在三维应力下对水压作用后的岩石注入液氮，通过低场核磁共振成像技术观测岩石冻裂过程裂隙扩展分布情况。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验方法，在该方法中采用了一种水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验装置，所述水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验装置包括：

中空的环形夹持器本体，所述夹持器本体的侧表面围设有保温层，所述保温层的部分侧表面围设有核磁共振线圈；

所述夹持器本体的空腔内设有中空的环形胶套，所述环形胶套的空腔上部设有与空腔内壁紧密配合的上顶头，所述环形胶套的空腔下部设有与空腔内壁紧密配合的下顶头，所述环形胶套的内壁、上顶头和下顶头共同围成有可放置待测煤样或岩样试件的空间；

所述环形胶套的空腔上部设有与上顶头接触的加载压头，所述环形胶套的空腔下部设有与下顶头接触的下堵头，所述环形胶套的上端还设有将环形胶套与加载压头紧密卡接的上密封卡套，所述环形胶套的下端还设有将环形胶套与下堵头紧密卡接的下密封卡套，所述下堵头上设有将下堵头下端部罩设在夹持器本体下表面的下堵头固定端，所述加载压头的上部侧表面围设有将加载压头固定在夹持器本体上部的加载压头密封端，所述加载压头、上顶头、下顶头、下堵头和下堵头固定端上贯通设有液氮管，所述液氮管的内壁紧密配设有液氮位置控制活塞，所述液氮位置控制活塞上连接有活塞控制杆，所述活塞控制杆的一端从下堵头固定端一侧的液氮管伸出，所述夹持器本体的空腔内壁上嵌设有加热层，所述加热层、夹持器本体的空腔内壁及加载压头密封端与所述加载压头、环形胶套及下堵头之间共同构成一个环形的围压腔室；

所述夹持器本体的上部设有与围压腔室连通的进油管和与加热层连通的加热层出油管，所述夹持器本体的下部设有与围压腔室连通的卸油管和与加热层连通的加热层进油管，且所述夹持器本体的下部还设有数据线接头和用于检测围压腔室内温度的温度传感器；

该方法包括如下步骤：

S1、沿圆柱型煤样或岩样的中心开一个预定直径的贯通圆孔；

S2、对开有预定直径贯通圆孔的圆柱型煤样或岩样进行高压水作用；

S3、将水压作用后的圆柱型煤样或岩样作为待测煤样或岩样试件，放入所述环形胶套的内壁、上顶头和下顶头共同围成的空间内，让所述待测煤样或岩样试件的贯通圆孔套设在液氮管上，连接好收集相应参数的数据线接头，并密封和固定好所述水压作用下岩石液氮冻裂裂纹可视化试验装置；

S4、设定所述围压腔室内的围压为0～25MPa，温度为0～100℃，所述上顶头的轴压为0～60KN；

S5、从所述液氮管的入口注入液氮，同时利用所述液氮位置控制活塞控制液氮作用位置，并通过计算机记录NMR T₂谱图和MRI图像；在达到设定液氮注入时间后停止注入液氮，对记录的数据和图像进行处理，得到液氮冻胀过程中岩石内部裂纹分布特征。