一種泥頁巖裂縫研究裝置的製作方法

2023-12-03 02:27:56 1

本申請涉及地質勘探技術領域，特別涉及一種泥頁巖裂縫研究裝置。

背景技術：

目前，全球油氣工業已進入常規-非常規油氣並重階段。作為非常規油氣資源重要的類型，頁巖油氣受到普遍重視。頁巖油氣資源豐富，分布範圍廣，但地質條件複雜，勘探開發難度大。以頁巖可壓裂性評價為核心，頁巖人工裂縫的形成機理與空間展布成為學術界和工業界研究的熱點。

目前，關於裂縫形態及空間展布的研究，主要集中在巖石力學實驗與微地震監測兩個方面。在巖石力學實驗方面，主要通過對三個角度(0°、45°和90°)的柱塞樣品開展三軸應力實驗，觀察裂縫產生及延展特徵，獲取泊松比與楊氏模量，從而評價儲層的可壓裂性。在微地震監測方面，通過提高檢波器數量等方式，實現對壓裂過程中產生裂縫的位置、方位、長度、高度等參數的實時監測，從而可以有效評價壓裂作業效果。

然而，上述研究工作主要集中在宏觀大尺度(米級至千米級)，關注點多為現場試驗效果，缺乏對小尺度裂縫形成機理與過程的的深入研究，導致目前對泥頁巖人工裂縫空間展布特徵認識仍不清晰。例如，微地震監測可實現對水平段千米級別裂縫生長動態進行刻畫，但解析度有限，並且容易受到噪聲影響，降低了解釋結果的準確度。

技術實現要素：

本申請實施方式的目的在於提供一種泥頁巖裂縫研究裝置，能夠提高泥頁巖裂縫解釋結果的準確度。

為實現上述目的，本申請實施方式提供一種泥頁巖裂縫研究裝置，所述裝置位於CT樣品臺底座上，所述裝置包括固定臺機構、壓力加載機構、數據傳輸機構、樣品夾持機構以及輔助機構，其中：所述固定臺機構包括軸心線位於同一直線上的第一固定臺、第二固定臺和第三固定臺，所述第一固定臺和所述第二固定臺通過所述壓力加載機構相連，所述第二固定臺和所述第三固定臺之間依次設置有所述數據傳輸機構和所述樣品夾持機構，所述第三固定臺中設置有所述輔助機構；所述壓力加載機構包括中心壓機、中軸壓力均衡器和預設數量的邊緣壓機，所述中心壓機和所述邊緣壓機均包括依次相連的加壓螺絲、彈簧和傳壓螺絲，所述邊緣壓機和所述中心壓機的加壓螺絲和彈簧均位於所述第一固定臺內，所述邊緣壓機的傳壓螺絲連接所述第一固定臺和所述第二固定臺，所述中心壓機的傳壓螺絲與內嵌於所述第二固定臺內的所述中軸壓力均衡器相連；所述數據傳輸機構包括設置於所述第二固定臺內的位移測定儀以及內嵌於所述中軸壓力均衡器底部的壓電傳感儀；所述樣品夾持機構包括呈對稱分布的第一夾持機構和第二夾持機構以及位於所述第一夾持機構和所述第二夾持機構之間的樣品機構，所述第一夾持機構與所述壓電傳感儀相連，所述第二夾持機構與所述輔助機構相連，所述第一夾持機構和所述第二夾持機構均包括相連的墊圈和金剛石，所述樣品機構包括鈹片和內嵌於所述鈹片內部的實驗樣品；所述輔助機構包括內嵌於所述第三固定臺中的樣品臺底座和承壓臺，所述樣品臺底座與所述第二夾持機構的墊圈相連，所述承壓臺的底部與所述CT樣品臺底座對接。

進一步地，所述中心壓機的軸線與所述第一固定臺的軸線位於同一直線上，所述預設數量的邊緣壓機等間隔分布於以所述中心壓機為圓心的圓周上。

進一步地，所述邊緣壓機的數量為4個。

進一步地，所述實驗樣品內嵌於所述鈹片內部的直徑為80微米、高度為200微米的圓柱體樣品間內。

進一步地，所述第一固定臺、第二固定臺和第三固定臺均由不鏽鋼材料製成，所述第一固定臺、第二固定臺和第三固定臺的外圍均覆蓋由玻璃碳製成的加固層。

進一步地，所述樣品夾持機構還包括縱向夾持板、固定板、第一橫向夾持板和第二橫向夾持板，其中，所述第一橫向夾持板和所述第二橫向夾持板呈平行分布，所述第一橫向夾持板與所述第一夾持機構中的金剛石相固定，所述第二橫向夾持板與所述第二夾持機構中的金剛石相固定，所述第一橫向夾持板和所述第二橫向夾持板之間通過所述固定板相連接，所述縱向夾持板與所述第一橫向夾持板和所述第二橫向夾持板垂直分布。

進一步地，所述縱向夾持板、固定板、第一橫向夾持板和第二橫向夾持板均由碳化鎢材料製成。

由上可見，本實用新型提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置可以CT樣品臺相配套使用，從而可以基於CT成像技術對實驗樣品的裂縫進行觀察。在本實用新型中，通過樣品夾持機構能夠穩定地夾持實驗樣品，並可以對實驗樣品進行擠壓，使得實驗樣品生成待觀察的裂縫。通過固定臺機構和壓力加載機構，能夠建立不同的壓力實驗條件，從而能夠在不同壓力條件下對實驗樣品進行觀測，能夠明確裂縫發育的主控因素以及裂縫發育的模式。通過數據傳輸機構能夠精確地測量當前壓力實驗條件下固定臺的位移量以及施加於實驗樣品上的壓力值，從而保證了實驗的精確度。本實用新型提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置，能夠提高對裂縫觀測的解析度，從而能夠提高泥頁巖裂縫解釋結果的準確度。

附圖說明

所包括的附圖用來提供對本申請實施方式的進一步的理解，其構成了說明書的一部分，用於例示本申請的實施方式，並與文字描述一起來闡釋本申請的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1為本申請實施方式提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置的剖面圖；

圖2為本申請實施方式提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置中樣品夾持機構的局部示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施方式中的附圖，對本申請實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本申請一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基於本申請中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施方式，都應當屬於本申請保護的範圍。

圖1為本申請實施方式提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置的剖面圖。本實用新型提供的泥頁巖裂縫研究裝置可以位於CT樣品臺底座上，從而可以基於CT成像技術對實驗樣品進行觀測，以提高觀測的解析度。請參閱圖1，所述裝置包括固定臺機構、壓力加載機構、數據傳輸機構、樣品夾持機構以及輔助機構，其中：

所述固定臺機構包括軸心線位於同一直線上的第一固定臺1、第二固定臺5和第三固定臺8，所述第一固定臺1和所述第二固定臺5通過所述壓力加載機構相連，所述第二固定臺5和所述第三固定臺8之間依次設置有所述數據傳輸機構和所述樣品夾持機構，所述第三固定臺8中設置有所述輔助機構。

在本實用新型中，所述第一固定臺1、第二固定臺5和第三固定臺8均可以由不鏽鋼材料製成，所述第一固定臺1、第二固定臺5和第三固定臺8的外圍均可以覆蓋由玻璃碳製成的加固層。所述由玻璃碳製成的加固層一方面能夠承受較高的壓力，另一方面由於玻璃碳能夠更容易地被X射線穿透，從而能夠降低對X射線的吸收，從而能夠提高CT成像的質量。

所述壓力加載機構包括中心壓機、中軸壓力均衡器12和預設數量的邊緣壓機，所述中心壓機和所述邊緣壓機均包括依次相連的加壓螺絲2、彈簧3和傳壓螺絲4，所述邊緣壓機和所述中心壓機的加壓螺絲和彈簧均位於所述第一固定臺1內，所述邊緣壓機的傳壓螺絲連接所述第一固定臺1和所述第二固定臺5，所述中心壓機的傳壓螺絲與內嵌於所述第二固定臺5內的所述中軸壓力均衡器12相連。

在本實用新型中，所述中心壓機的軸線與所述第一固定臺1的軸線位於同一直線上，所述預設數量的邊緣壓機等間隔分布於以所述中心壓機為圓心的圓周上。這樣便可以保證壓力加載機構能夠均勻地向實驗樣品施壓。在本實用新型中，所述邊緣壓機的數量可以為4個，這樣，任意相鄰的兩個邊緣壓機之間的夾角便可以為90°。所述中軸壓力均衡器12能夠將中心壓機和邊緣壓機的作用力集中，從而能夠使得中心壓機和邊緣壓機施加的壓力能夠均勻作用於實驗樣品上。

所述數據傳輸機構包括設置於所述第二固定臺5內的位移測定儀13以及內嵌於所述中軸壓力均衡器12底部的壓電傳感儀6。

在本實用新型中，所述位移測定儀13可以記錄壓機向下移動的距離，從而可以間接反映實驗樣品向下移動的距離。所述壓電傳感儀6可以將壓力信號轉換為電信號，從而能夠在實驗過程中記錄壓力的變化值。

所述樣品夾持機構包括呈對稱分布的第一夾持機構和第二夾持機構以及位於所述第一夾持機構和所述第二夾持機構之間的樣品機構，所述第一夾持機構與所述壓電傳感儀6相連，所述第二夾持機構與所述輔助機構相連，所述第一夾持機構和所述第二夾持機構均包括相連的墊圈9和金剛石10，所述樣品機構包括鈹片11和內嵌於所述鈹片11內部的實驗樣品。

請參閱圖2，在本實用新型中，所述樣品夾持機構還可以包括縱向夾持板17、固定板18、第一橫向夾持板15和第二橫向夾持板16，其中，所述第一橫向夾持板15和所述第二橫向夾持板16呈平行分布，所述第一橫向夾持板15與所述第一夾持機構中的金剛石相固定，所述第二橫向夾持板16與所述第二夾持機構中的金剛石相固定，所述第一橫向夾持板15和所述第二橫向夾持板16之間通過所述固定板18相連接，所述縱向夾持板17與所述第一橫向夾持板15和所述第二橫向夾持板16垂直分布。

在本實用新型中，所述縱向夾持板、固定板、第一橫向夾持板和第二橫向夾持板均可以由碳化鎢材料製成。這樣，由碳化鎢材料製成的組件可以負責外部支撐，金剛石則可以作為對實驗樣品加壓的主體。在本實用新型中，所述實驗樣品可以內嵌於所述鈹片內部的直徑為80微米、高度為200微米的圓柱體樣品間內。

所述輔助機構包括內嵌於所述第三固定臺8中的樣品臺底座7和承壓臺14，所述樣品臺底座7與所述第二夾持機構的墊圈相連，所述承壓臺14的底部與所述CT樣品臺底座對接。

在本實用新型中，所述輔助機構可以用於實驗樣品的安裝與對準。所述承壓臺14可以與CT樣品臺底座對接，具備較大的壓力承受能力。

在具體實驗場景中，首先可以根據研究需求，確定泥頁巖樣品的待觀測區域。然後可以利用雷射制樣設備製備直徑為65μm、長度為100μm-150μm的小圓柱樣品，用小鑷子將小圓柱樣品取下，並置於光學體視鏡下。接著，可以將本實用新型的泥頁巖裂縫研究裝置的樣品夾持機構置於光學體視鏡下，用小鑷子將小圓柱樣品放置到開口的鈹片中，儘量保證小圓柱位於鈹片的樣品室中心。然後利用微型注射器將酒精注入樣品室中，注意保證酒精不要溢出。接著，可以將泥頁巖裂縫研究裝置安置到納米CT樣品臺上，確定安裝的穩定性，調整X射線光路與樣品臺位置，使樣品處於掃描視域的中心位置。緩慢增大加壓旋鈕，5臺壓機同時啟動，使壓電傳感儀緩慢接觸到樣品頂面，記錄此時的壓電信號與位移讀數，將此時的位移讀數作為基數，以便後續實驗過程中計算絕對位移量。接著可以設置納米CT掃描參數，保證獲取高精度的掃描圖像，具體掃描參數可以為電壓8KV，像素點解析度不低於60nm，單張圖片曝光時間不低於30s，掃描張數1601張，掃描角度360°。啟動納米CT掃描，完成無壓力作用下樣品原始狀態下孔隙結構與礦物分布特徵，記錄此時起始掃描位置與角度，後續的掃描均可以按照相同的位置與角度執行。

完成原始狀態樣品的掃描後，可以啟動壓機，依次設置壓力值為50mN、150mN、250mN、475mN和515mN，按照原始狀態的掃描參數標準依次掃描，獲取三維數據圖像。實際操作過程中，具體壓力數值應根據實驗樣品的性質進行調整，保證可記錄到裂縫起裂與擴展的全過程。待樣品發生充分的裂縫作用後，可以結束CT掃描，取出泥頁巖裂縫研究裝置。

在取出泥頁巖裂縫研究裝置後，可以取下樣品夾持機構，並將所述樣品夾持機構置於體視鏡下，用吹風機加速酒精揮發速度，待酒精全部揮發後，將樣品取出並利用體視鏡的目鏡測量系統測量樣品的長度並進行記錄，為後續實驗分析提供基礎實驗數據。

由上可見，本實用新型提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置可以CT樣品臺相配套使用，從而可以基於CT成像技術對實驗樣品的裂縫進行觀察。在本實用新型中，通過樣品夾持機構能夠穩定地夾持實驗樣品，並可以對實驗樣品進行擠壓，使得實驗樣品生成待觀察的裂縫。通過固定臺機構和壓力加載機構，能夠建立不同的壓力實驗條件，從而能夠在不同壓力條件下對實驗樣品進行觀測，能夠明確裂縫發育的主控因素以及裂縫發育的模式。通過數據傳輸機構能夠精確地測量當前壓力實驗條件下固定臺的位移量以及施加於實驗樣品上的壓力值，從而保證了實驗的精確度。本實用新型提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置，能夠提高對裂縫觀測的解析度，從而能夠提高泥頁巖裂縫解釋結果的準確度。

在本說明書中，諸如第一和第二這樣的形容詞僅可以用於將一個元素或動作與另一元素或動作進行區分，而不必要求或暗示任何實際的這種關係或順序。在環境允許的情況下，參照元素或部件或步驟(等)不應解釋為局限於僅元素、部件、或步驟中的一個，而可以是元素、部件、或步驟中的一個或多個等。

上面對本申請的各種實施方式的描述以描述的目的提供給本領域技術人員。其不旨在是窮舉的、或者不旨在將本實用新型限制於單個公開的實施方式。如上所述，本申請的各種替代和變化對於上述技術所屬領域技術人員而言將是顯而易見的。因此，雖然已經具體討論了一些另選的實施方式，但是其它實施方式將是顯而易見的，或者本領域技術人員相對容易得出。本申請旨在包括在此已經討論過的本實用新型的所有替代、修改、和變化，以及落在上述申請的精神和範圍內的其它實施方式。

本說明書中的各個實施方式均採用遞進的方式描述，各個實施方式之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施方式重點說明的都是與其他實施方式的不同之處。

雖然通過實施方式描繪了本申請，本領域普通技術人員知道，本申請有許多變形和變化而不脫離本申請的精神，希望所附的權利要求包括這些變形和變化而不脫離本申請的精神。