[发明专利]煤岩强度分布测试装置及煤岩强度分布分析系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿山开采、煤层气开发研究领域，尤其是一种煤岩强度分布测试装置及煤岩强度分布分析系统和方法。

背景技术

储层压裂改造是提高煤储层的渗透性，增加煤层气井产能的一种重要措施。煤岩裂隙系统分布的不均一性、内部组成的差异性等决定了煤岩强度存在一定的差异性，这些都将导致在压裂过程中裂缝起缝、延伸规律的不同，由于对煤岩本身强度分布的不甚了解，导致水力压裂增透机理不明，许多工程施工一般是基于经验，缺乏理论指导。另一方面，常规煤岩加载实验、渗透率测试实验仪器中，由于实验装置的局限性，只能测试整块煤样的声波，不能从更小的尺度方面对煤岩强度进行测试，因此，无法掌握加载过程中，裂缝的形成、拓展、延伸变化规律。用这样的实验结果指导工程施工，造成理论与现实之间差异性明显，在一定程度上影响了现场储层改造的效果，甚至很多地方导致了工程的失败。

如何从小尺度方面对煤岩强度进行精细刻画，查明在不同应力条件下，加载过程中煤岩强度分布与裂隙起裂、延伸、变化规律之间的关系，进而指导现场储层改造，则是摆在我们面前亟待解决的难题。

发明内容

针对储层改造过程中由于对裂缝起缝、扩展、延伸规律不明，难以根据储层特点有针对性的采取措施以及常规测试装置不能进行不同水平应力下煤岩微观强度测试的问题。本发明的目的在于提供一种煤岩强度分布测试装置，通过该方法和装置可以测试煤岩样在不同水平应力下加载过程中，各部位的煤岩强度分布情况，进而掌握煤岩的裂缝起裂、延伸规律，为储层压裂改造提供指导。

同时，本发明的目的还在于提供使用上述装置的煤岩强度分布分析系统以及使用该分析系统分析煤岩强度分布的方法。

为了解决上述问题，本发明的煤岩强度分布测试装置采用以下技术方案：煤岩强度分布测试装置，包括超声波系统以及用于容纳实验样品的实验缸，所述实验缸包括底壁和围壁，所述围壁包括两个以上固定围壁以及与所述固定围壁相对设置并可沿直线远离或靠近与之相对的固定围壁的活动围壁，所述活动围壁各自连接有用于驱使其活动的水平加载机构，实验缸的上方设有加载体，加载体连接有竖向加载机构；所述超声波系统包括分设于固定围壁和底壁上的超声波发射点和与超声波发射点相对的设在对应的活动围壁和加载体上的超声波接收点。

所述水平加载机构为固定设置在对应活动围壁外侧的液压伸缩机构。

所述活动围壁的外侧设有敞口的箱座，所述箱座的开口朝向对应的活动围壁，活动围壁的外侧面上设有与对应的箱座插接配合的插板，所述插板与对应的箱座在相应活动围壁的活动方向上导向配合，所述液压伸缩结构由所述插板与对应的箱座构成。

所述活动围壁上的插板及与之对应的箱座中的一个上开设有供另一个插入的插槽，箱座与对应的插舌之间通过所述插槽插接。

所述固定围壁和活动围壁各有两个，两个固定围壁相邻且二者之间具有90°的夹角，每个固定围壁和底壁上的超声波发射点各有两个以上，每个固定围壁和底壁上的超声波发射点都均布设置。

本发明的煤岩强度分布分析系统采用以下技术方案：包括测试装置及数据处理系统，测试装置包括超声波系统及用于容纳实验样品的实验缸，所述实验缸包括底壁和围壁，所述围壁包括两个以上固定围壁以及与所述固定围壁相对设置并可沿直线远离或靠近与之相对的固定围壁的活动围壁，所述活动围壁各自连接有用于驱使其活动的水平加载机构，实验缸的上方设有加载体，加载体连接有竖向加载机构；所述超声波系统包括分设于固定围壁和底壁上的超声波发射点和与超声波发射点相对的设在对应的活动围壁和加载体上的超声波接收点；所述数据处理系统包括用于记录所述超声波系统的信号并将其转换为实验样品强度参数的数据采集软件以及数据转换软件，所述数据采集软件及数据转换软件位于一个计算机中，所述计算机连接有用于显示实验样品强度参数的显示器。

所述水平加载机构为固定设置在对应活动围壁外侧的液压伸缩机构。

所述活动围壁的外侧设有敞口的箱座，所述箱座的开口朝向对应的活动围壁，活动围壁的外侧面上设有与对应的箱座插接配合的插板，所述插板与对应的箱座在相应活动围壁的活动方向上导向配合，所述液压伸缩结构由所述插板与对应的箱座构成。

所述固定围壁和活动围壁各有两个，两个固定围壁相邻且二者之间具有90°的夹角，所述每个固定围壁和底壁上的超声波发射点各有两个以上，每个固定围壁和底壁上的超声波发射点都均布设置。