一种利用柱状岩样制备倾斜断面的装置及方法

本申请涉及气藏型储气库，尤其涉及一种利用柱状岩样制备倾斜断面的装置及方法。

背景技术：

1、储气库选址和建设需考虑气藏构造、圈闭密封性、储层物性及流体分布等因素，而注采运行过程中确保断层的密封性是储气库安全高效运行的关键。前期胶结型或充填型断层可以作为储气库封闭气体的天然屏障，但断层地质特征和力学状态在储气库注采运行过程中的变化可能诱发断层部位结构变化和强度弱化，使其成为气体泄漏的通道。储气库注采过程，地层孔隙压力的变化会引起应力扰动，是引起断层滑移和密封性破坏的主要原因。目前，针对流体注入引起断层活化已开展大量试验研究，但研究中试验样品大多采用切割断面，刻画的断面过于简化，无法模拟岩体受力形成天然断层的过程，因此需要一种更为接近天然断层形成过程的断面制备方法。研究表明，目前枯竭气藏储气库多存在充填型正断层，该类断层主要受拉张应力形成，为尽量真实的模拟断层形成机制及断面状态，试验模型同样采用拉张破坏形成。而最常用的为巴西劈裂方法，但该方法通常用于柱状或饼状岩样径向劈裂，使其无法用于流体注入断层滑移试验。

2、现有的流体注入断层滑移试验主要用于研究流体注入过程中岩石力学特性及孔渗特性演化，分析断层滑移机理及密封性变化。该实验常采用倾斜断面柱状岩心，在围压和轴压作用下，可有效模拟地层断层面力学状态，配合流体注入模拟储气库运行过程中气体的扰动行为。但常规倾斜断面岩样常采用切割方式制作，无法体现真实断面起伏形态。而目前采用的巴西劈裂装置和方法主要针对柱状或盘状岩样进行径向剪切，未见倾斜断面剪切制作装置及方法，因此，亟需一种利用柱状岩样制备倾斜断面的装置及方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供一种利用柱状岩样制备倾斜断面的装置及方法，通过巴西劈裂原理，采用异型岩心夹持器及弧形环刀组合装置，剪切制备倾斜断面岩心样品，弥补了该类样品制备装备及方法的缺陷，所述技术方案如下：

2、本申请第一方面提供一种利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，包括框体、岩样夹持机构和岩样剪切机构，所述岩样夹持机构位于所述框体内并与所述框体可旋转式连接，用于夹持岩样并调节岩样的旋转角度以获取不同角度的倾斜断面，包括两相对设置的第一夹持器和第二夹持器；所述岩样剪切机构位于所述框体内并与所述框体固定连接，包括两相对设置的第一环刀和第二环刀，所述第一环刀和所述第二环刀的刀刃面包裹岩样断面截面；其中，所述框体外接加压装置，通过加压装置驱动所述第一环刀朝向所述第二环刀移动，实现对岩样剪切。

3、例如，在一个实施例提供的所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置中，所述框体包括底板、顶板和侧板，所述第二环刀与所述底板固定连接，在所述底板表面设有弧形滑槽，所述岩样夹持机构通过滑动杆与所述弧形滑槽滑动连接，使得所述岩样夹持机构沿所述弧形滑槽旋转移动，以调整岩样的旋转角度；所述顶板与所述底板平行并相对设置，所述第一环刀与所述顶板固定连接，所述顶板外接加压装置，通过加压装置驱动所述顶板朝向所述底板移动并带动所述第一环刀朝向所述第二环刀移动，实现对岩样剪切；所述侧板位于所述底板与所述顶板之间并设置于所述顶板的两端，所述第一环刀的侧壁与所述侧板固定连接，所述第二环刀的侧壁与所述侧板滑动连接，使得所述侧板可沿从所述顶板指向所述底板的垂直方向升降。

4、例如，在一个实施例提供的所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置中，在所述侧板上设有定位槽和限位槽，所述第一环刀的侧壁与所述定位槽固定连接，所述第二环刀的侧壁与所述限位槽滑动连接，当所述顶板朝向所述底板移动时，所述侧板同步下降，通过所述限位槽限定下移距离。

5、例如，在一个实施例提供的所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置中，所述岩样夹持机构还包括锁紧杆，所述锁紧杆的两端分别穿设于所述第一夹持器和第二夹持器的两端，通过所述锁紧杆将岩样固定在所述第一夹持器和所述第二夹持器之间的夹持空间内。

6、例如，在一个实施例提供的所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置中，所述岩样夹持机构垂向设置于所述顶板与所述底板之间，在所述第一环刀和所述第二环刀的刀面上设有分别供所述第一夹持器和所述第二夹持器穿过的穿孔，使得所述岩样剪切机构和所述岩样夹持机构的中心线重合，实现断面与岩样端面夹角小于60°的岩样断面剪切。

7、例如，在一个实施例提供的所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置中，所述滑动杆的一端与所述第二夹持器的端部抵接，所述滑动杆的另一端与所述弧形滑槽滑动连接并通过固定螺栓固定，以调节所述岩样夹持机构的旋转角度。

8、例如，在一个实施例提供的所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置中，所述岩样夹持机构平行设置于所述顶板与所述底板之间，使得所述岩样剪切机构和所述岩样夹持机构的中心线垂直，实现断面与岩样端面夹角大于60°的岩样断面剪切。

9、例如，在一个实施例提供的所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置中，在所述岩样夹持机构的端部设有换向支架，所述滑动杆的一端与所述换向支架抵接，所述滑动杆的另一端与所述弧形滑槽滑动连接并通过固定螺栓固定，以调节所述岩样夹持机构的旋转角度。

10、例如，在一个实施例提供的所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置中，所述第一环刀和所述第二环刀通过直角支架分别与所述顶板和所述底板固定连接。

11、本申请第二方面提供一种利用柱状岩样制备倾斜断面的方法，包括以下步骤：

12、s1组装设备，安装和固定岩样：当断面与岩心端面夹角小于60°时，选择岩样剪切机构和岩样夹持机构的中心线重合的连接方式，并将岩样装设于岩样夹持机构内；当断面与岩心端面夹角大于60°时，选择岩样剪切机构和岩样夹持机构的中心线垂直的连接方式，并将岩样装设于岩样夹持机构内；

13、s2根据断面角度，调整岩样角度：在岩样表面描出剪切线，沿底板上的弧形滑槽旋转岩样夹持机构，使得第一环刀和第二环刀的刀刃对准剪切线，通过固定螺栓固定岩样夹持机构的旋转角度；

14、s3装配加压装置：在顶板上方装配加压装置；

15、s4施加压力、剪切岩样、制作断面：设置加压速度和上限保护压力，向顶板施加压力，直至岩样剪切完成。

16、本申请一些实施例提供的一种利用柱状岩样制备倾斜断面的装置带及方法来的有益效果为：本申请通过巴西劈裂原理，采用异型岩心夹持器及弧形环刀组合装置，剪切制备倾斜断面岩心样品，弥补了该类样品制备装备及方法的缺陷，对断层滑移试验及储气库断层动态密封性研究具有积极的指导意义。

技术特征：

1.一种利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，所述框体包括：

3.根据权利要求2所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，在所述侧板上设有定位槽和限位槽，所述第一环刀的侧壁与所述定位槽固定连接，所述第二环刀的侧壁与所述限位槽滑动连接，当所述顶板朝向所述底板移动时，所述侧板同步下降，通过所述限位槽限定下移距离。

4.根据权利要求3所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，所述岩样夹持机构还包括锁紧杆，所述锁紧杆的两端分别穿设于所述第一夹持器和第二夹持器的两端，通过所述锁紧杆将岩样固定在所述第一夹持器和所述第二夹持器之间的夹持空间内。

5.根据权利要求4所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，所述岩样夹持机构垂向设置于所述顶板与所述底板之间，在所述第一环刀和所述第二环刀的刀面上设有分别供所述第一夹持器和所述第二夹持器穿过的穿孔，使得所述岩样剪切机构和所述岩样夹持机构的中心线重合，实现断面与岩样端面夹角小于60°的岩样断面剪切。

6.根据权利要求5所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，所述滑动杆的一端与所述第二夹持器的端部抵接，所述滑动杆的另一端与所述弧形滑槽滑动连接并通过固定螺栓固定，以调节所述岩样夹持机构的旋转角度。

7.根据权利要求4所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，所述岩样夹持机构平行设置于所述顶板与所述底板之间，使得所述岩样剪切机构和所述岩样夹持机构的中心线垂直，实现断面与岩样端面夹角大于60°的岩样断面剪切。

8.根据权利要求7所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，在所述岩样夹持机构的端部设有换向支架，所述滑动杆的一端与所述换向支架抵接，所述滑动杆的另一端与所述弧形滑槽滑动连接并通过固定螺栓固定，以调节所述岩样夹持机构的旋转角度。

9.根据权利要求2所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置，其特征在于，所述第一环刀和所述第二环刀通过直角支架分别与所述顶板和所述底板固定连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述利用柱状岩样制备倾斜断面的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本申请公开了一种利用柱状岩样制备倾斜断面的装置及方法，包括框体、岩样夹持机构和岩样剪切机构，所述岩样夹持机构位于所述框体内并与所述框体可旋转式连接，用于夹持岩样并调节岩样的旋转角度以获取不同角度的倾斜断面，包括两相对设置的第一夹持器和第二夹持器；所述岩样剪切机构位于所述框体内并与所述框体固定连接，包括两相对设置的第一环刀和第二环刀，所述第一环刀和所述第二环刀的刀刃面包裹岩样断面截面；其中，所述框体外接加压装置，通过加压装置驱动所述第一环刀朝向所述第二环刀移动，实现对岩样剪切；本申请采用异型岩心夹持器及弧形环刀组合装置，剪切制备倾斜断面岩心样品，弥补了该类样品制备装备及方法的缺陷。技术研发人员：宋宇家,刘贺娟,刘满仓,完颜祺琪,邱小松,郭印同,冒海军,王为民受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/1