[發明專利]煤巖強度分布測試裝置及煤巖強度分布分析系統和方法

有效

• 申請號: 201210309728.3
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN102830172A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 倪小明;賈炳;胡海洋;李全中;靳建
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本發明涉及礦山開采、煤層氣開發研究領域，尤其是一種煤巖強度分布測試裝置及煤巖強度分布分析系統和方法。

背景技術

儲層壓裂改造是提高煤儲層的滲透性，增加煤層氣井產能的一種重要措施。煤巖裂隙系統分布的不均一性、內部組成的差異性等決定了煤巖強度存在一定的差異性，這些都將導致在壓裂過程中裂縫起縫、延伸規律的不同，由于對煤巖本身強度分布的不甚了解，導致水力壓裂增透機理不明，許多工程施工一般是基于經驗，缺乏理論指導。另一方面，常規煤巖加載實驗、滲透率測試實驗儀器中，由于實驗裝置的局限性，只能測試整塊煤樣的聲波，不能從更小的尺度方面對煤巖強度進行測試，因此，無法掌握加載過程中，裂縫的形成、拓展、延伸變化規律。用這樣的實驗結果指導工程施工，造成理論與現實之間差異性明顯，在一定程度上影響了現場儲層改造的效果，甚至很多地方導致了工程的失敗。

如何從小尺度方面對煤巖強度進行精細刻畫，查明在不同應力條件下，加載過程中煤巖強度分布與裂隙起裂、延伸、變化規律之間的關系，進而指導現場儲層改造，則是擺在我們面前亟待解決的難題。

發明內容

針對儲層改造過程中由于對裂縫起縫、擴展、延伸規律不明，難以根據儲層特點有針對性的采取措施以及常規測試裝置不能進行不同水平應力下煤巖微觀強度測試的問題。本發明的目的在于提供一種煤巖強度分布測試裝置，通過該方法和裝置可以測試煤巖樣在不同水平應力下加載過程中，各部位的煤巖強度分布情況，進而掌握煤巖的裂縫起裂、延伸規律，為儲層壓裂改造提供指導。

同時，本發明的目的還在于提供使用上述裝置的煤巖強度分布分析系統以及使用該分析系統分析煤巖強度分布的方法。

為了解決上述問題，本發明的煤巖強度分布測試裝置采用以下技術方案：煤巖強度分布測試裝置，包括超聲波系統以及用于容納實驗樣品的實驗缸，所述實驗缸包括底壁和圍壁，所述圍壁包括兩個以上固定圍壁以及與所述固定圍壁相對設置并可沿直線遠離或靠近與之相對的固定圍壁的活動圍壁，所述活動圍壁各自連接有用于驅使其活動的水平加載機構，實驗缸的上方設有加載體，加載體連接有豎向加載機構；所述超聲波系統包括分設于固定圍壁和底壁上的超聲波發射點和與超聲波發射點相對的設在對應的活動圍壁和加載體上的超聲波接收點。

所述水平加載機構為固定設置在對應活動圍壁外側的液壓伸縮機構。

所述活動圍壁的外側設有敞口的箱座，所述箱座的開口朝向對應的活動圍壁，活動圍壁的外側面上設有與對應的箱座插接配合的插板，所述插板與對應的箱座在相應活動圍壁的活動方向上導向配合，所述液壓伸縮結構由所述插板與對應的箱座構成。

所述活動圍壁上的插板及與之對應的箱座中的一個上開設有供另一個插入的插槽，箱座與對應的插舌之間通過所述插槽插接。

所述固定圍壁和活動圍壁各有兩個，兩個固定圍壁相鄰且二者之間具有90°的夾角，每個固定圍壁和底壁上的超聲波發射點各有兩個以上，每個固定圍壁和底壁上的超聲波發射點都均布設置。

本發明的煤巖強度分布分析系統采用以下技術方案：包括測試裝置及數據處理系統，測試裝置包括超聲波系統及用于容納實驗樣品的實驗缸，所述實驗缸包括底壁和圍壁，所述圍壁包括兩個以上固定圍壁以及與所述固定圍壁相對設置并可沿直線遠離或靠近與之相對的固定圍壁的活動圍壁，所述活動圍壁各自連接有用于驅使其活動的水平加載機構，實驗缸的上方設有加載體，加載體連接有豎向加載機構；所述超聲波系統包括分設于固定圍壁和底壁上的超聲波發射點和與超聲波發射點相對的設在對應的活動圍壁和加載體上的超聲波接收點；所述數據處理系統包括用于記錄所述超聲波系統的信號并將其轉換為實驗樣品強度參數的數據采集軟件以及數據轉換軟件，所述數據采集軟件及數據轉換軟件位于一個計算機中，所述計算機連接有用于顯示實驗樣品強度參數的顯示器。

所述水平加載機構為固定設置在對應活動圍壁外側的液壓伸縮機構。

所述活動圍壁的外側設有敞口的箱座，所述箱座的開口朝向對應的活動圍壁，活動圍壁的外側面上設有與對應的箱座插接配合的插板，所述插板與對應的箱座在相應活動圍壁的活動方向上導向配合，所述液壓伸縮結構由所述插板與對應的箱座構成。

所述固定圍壁和活動圍壁各有兩個，兩個固定圍壁相鄰且二者之間具有90°的夾角，所述每個固定圍壁和底壁上的超聲波發射點各有兩個以上，每個固定圍壁和底壁上的超聲波發射點都均布設置。