[发明专利]一种页岩冲击致裂模拟系统及其使用方法

说明书

本申请提供一种页岩冲击致裂模拟系统及其使用方法。所述系统包括：沿三个相互垂直的方向分别设置的第一输入束杆、第一输出束杆、第二输入束杆、第二输出束杆、第三输入束杆、第三输出束杆，各束杆用于加持或向设置在束杆交汇处的试件施加载荷。第三输入束杆、第三输出束杆的一端分别设置有高压水管，用于向试件注水。第一输入杆的一端设置有高压气枪装置，用于向试件发射子弹，第一输入束杆另一端设置有射孔弹测速孔。各个束杆上分别设置有应变信号采集装置，试件外部的试件安装箱外壁设置有超声波测试系统。利用本申请中各个实施例，实现了页岩冲击致裂分析的准确性，揭示了冲击下页岩的开裂产状及其发展规律。

技术领域

本申请属于页岩气开采技术领域，尤其涉及一种页岩冲击致裂模拟系统及其使用方法。

背景技术

页岩气是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，页岩气开采过程中，页岩开裂产状是评价页岩气开采效率的重要手段。页岩是一种沉积岩，成分复杂，但都具有薄页状或薄片层状的节理，主要是由黏土沉积经压力和温度形成的岩石，但其中混杂有石英、长石的碎屑以及其他化学物质。页岩(Shale)由黏土物质硬化形成的微小颗粒易裂碎，很容易分裂成为明显的岩层。

页岩在油气开采过程中的裂纹产状，以及随着开采过程的进行，裂纹产状的演化规律，目前尚没有有效的研究手段进行很好的揭示。进而影响页岩气的开采效率的评价，这是目前页岩气开采过程中影响年递减率的诸多因素中的关键问题之一。因此，业内亟需一种能够揭示冲击下深埋页岩的开裂产状及其发展规律的技术方案。

发明内容

本申请目的在于提供一种页岩冲击致裂模拟系统及其使用方法，通过在试件的三个主方向采用液压伺服控制系统施加静载，实现页岩试件的真三轴应力状态，再对试件进行注水，使得试件处于饱和水状态。通过对处于饱和水状态下的试件，进行冲击试验，采集实验数据，分析页岩冲击致裂的响应。

一方面，本申请提供了一种页岩冲击致裂模拟系统，包括：

沿第一方向设置的第一输入束杆和第一输出束杆，沿第二方向设置的第二输入束杆和第二输出束杆，沿第三方向设置的第三输入束杆和第三输出束杆，所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向相互垂直；

所述第一输入束杆、所述第一输出束杆、所述第二输入束杆、所述第二输出束杆、所述第三输入束杆、所述第三输出束杆沿各自的延伸方向相交于一点，交点处设置有试件安装箱；

所述第一输入束杆远离所述试件安装箱的一端设置有高压气枪装置，所述第一输入束杆的轴向方向设置有贯通射孔，所述高压气枪装置通过所述贯通射孔向设置在所述试件安装箱内的试件发射子弹，所述第一输入束杆与所述试件安装箱接触的一端设置有射孔弹测速孔；

在所述第三输入束杆、所述第三输出束杆与所述试件接触的一端分别设置有高压水管，所述高压水管用于向所述试件注水；

所述第一输出束杆、所述第二输出束杆、所述第三输出束杆远离所述试件安装箱的一端分别连接有活塞，所述活塞的另一端连接有液压缸，所述液压缸与液压伺服控制系统连接；

所述第一输入束杆、所述第一输出束杆、所述第二输入束杆、所述第二输出束杆、所述第三输入束杆、所述第三输出束杆中分别设置有应变信号采集装置；

所述试件安装箱的外壁设置有超声波测试系统。

进一步地，所述页岩冲击致裂模拟系统的另一个实施例中，所述试件安装箱内设置有试件密封箱，所述试件放置在所述试件密封箱内，所述试件安装箱的侧面设置有第一通孔，所述试件密封箱的侧面设置有第二通孔，所述第一输入束杆、所述第一输出束杆、所述第二输入束杆、所述第二输出束杆、所述第三输入束杆、所述第三输出束杆通过所述第一通孔与所述第二通孔一一对应，用于加持固定所述试件。