本申請涉及地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種泥頁巖裂縫研究裝置。

背景技術(shù)：

目前，全球油氣工業(yè)已進(jìn)入常規(guī)-非常規(guī)油氣并重階段。作為非常規(guī)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，分布范圍廣，但地質(zhì)條件復(fù)雜，勘探開發(fā)難度大。以頁巖可壓裂性評價(jià)為核心，頁巖人工裂縫的形成機(jī)理與空間展布成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)。

目前，關(guān)于裂縫形態(tài)及空間展布的研究，主要集中在巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)與微地震監(jiān)測兩個(gè)方面。在巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，主要通過對三個(gè)角度(0°、45°和90°)的柱塞樣品開展三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，觀察裂縫產(chǎn)生及延展特征，獲取泊松比與楊氏模量，從而評價(jià)儲(chǔ)層的可壓裂性。在微地震監(jiān)測方面，通過提高檢波器數(shù)量等方式，實(shí)現(xiàn)對壓裂過程中產(chǎn)生裂縫的位置、方位、長度、高度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而可以有效評價(jià)壓裂作業(yè)效果。

然而，上述研究工作主要集中在宏觀大尺度(米級(jí)至千米級(jí))，關(guān)注點(diǎn)多為現(xiàn)場試驗(yàn)效果，缺乏對小尺度裂縫形成機(jī)理與過程的的深入研究，導(dǎo)致目前對泥頁巖人工裂縫空間展布特征認(rèn)識(shí)仍不清晰。例如，微地震監(jiān)測可實(shí)現(xiàn)對水平段千米級(jí)別裂縫生長動(dòng)態(tài)進(jìn)行刻畫，但分辨率有限，并且容易受到噪聲影響，降低了解釋結(jié)果的準(zhǔn)確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請實(shí)施方式的目的在于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(jié)果的準(zhǔn)確度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請實(shí)施方式提供一種泥頁巖裂縫研究裝置，所述裝置位于CT樣品臺(tái)底座上，所述裝置包括固定臺(tái)機(jī)構(gòu)、壓力加載機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)、樣品夾持機(jī)構(gòu)以及輔助機(jī)構(gòu)，其中：所述固定臺(tái)機(jī)構(gòu)包括軸心線位于同一直線上的第一固定臺(tái)、第二固定臺(tái)和第三固定臺(tái)，所述第一固定臺(tái)和所述第二固定臺(tái)通過所述壓力加載機(jī)構(gòu)相連，所述第二固定臺(tái)和所述第三固定臺(tái)之間依次設(shè)置有所述數(shù)據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)和所述樣品夾持機(jī)構(gòu)，所述第三固定臺(tái)中設(shè)置有所述輔助機(jī)構(gòu)；所述壓力加載機(jī)構(gòu)包括中心壓機(jī)、中軸壓力均衡器和預(yù)設(shè)數(shù)量的邊緣壓機(jī)，所述中心壓機(jī)和所述邊緣壓機(jī)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(jī)和所述中心壓機(jī)的加壓螺絲和彈簧均位于所述第一固定臺(tái)內(nèi)，所述邊緣壓機(jī)的傳壓螺絲連接所述第一固定臺(tái)和所述第二固定臺(tái)，所述中心壓機(jī)的傳壓螺絲與內(nèi)嵌于所述第二固定臺(tái)內(nèi)的所述中軸壓力均衡器相連；所述數(shù)據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于所述第二固定臺(tái)內(nèi)的位移測定儀以及內(nèi)嵌于所述中軸壓力均衡器底部的壓電傳感儀；所述樣品夾持機(jī)構(gòu)包括呈對稱分布的第一夾持機(jī)構(gòu)和第二夾持機(jī)構(gòu)以及位于所述第一夾持機(jī)構(gòu)和所述第二夾持機(jī)構(gòu)之間的樣品機(jī)構(gòu)，所述第一夾持機(jī)構(gòu)與所述壓電傳感儀相連，所述第二夾持機(jī)構(gòu)與所述輔助機(jī)構(gòu)相連，所述第一夾持機(jī)構(gòu)和所述第二夾持機(jī)構(gòu)均包括相連的墊圈和金剛石，所述樣品機(jī)構(gòu)包括鈹片和內(nèi)嵌于所述鈹片內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)樣品；所述輔助機(jī)構(gòu)包括內(nèi)嵌于所述第三固定臺(tái)中的樣品臺(tái)底座和承壓臺(tái)，所述樣品臺(tái)底座與所述第二夾持機(jī)構(gòu)的墊圈相連，所述承壓臺(tái)的底部與所述CT樣品臺(tái)底座對接。

進(jìn)一步地，所述中心壓機(jī)的軸線與所述第一固定臺(tái)的軸線位于同一直線上，所述預(yù)設(shè)數(shù)量的邊緣壓機(jī)等間隔分布于以所述中心壓機(jī)為圓心的圓周上。

進(jìn)一步地，所述邊緣壓機(jī)的數(shù)量為4個(gè)。

進(jìn)一步地，所述實(shí)驗(yàn)樣品內(nèi)嵌于所述鈹片內(nèi)部的直徑為80微米、高度為200微米的圓柱體樣品間內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述第一固定臺(tái)、第二固定臺(tái)和第三固定臺(tái)均由不銹鋼材料制成，所述第一固定臺(tái)、第二固定臺(tái)和第三固定臺(tái)的外圍均覆蓋由玻璃碳制成的加固層。

進(jìn)一步地，所述樣品夾持機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jìn)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制成。

由上可見，本實(shí)用新型提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置可以CT樣品臺(tái)相配套使用，從而可以基于CT成像技術(shù)對實(shí)驗(yàn)樣品的裂縫進(jìn)行觀察。在本實(shí)用新型中，通過樣品夾持機(jī)構(gòu)能夠穩(wěn)定地夾持實(shí)驗(yàn)樣品，并可以對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行擠壓，使得實(shí)驗(yàn)樣品生成待觀察的裂縫。通過固定臺(tái)機(jī)構(gòu)和壓力加載機(jī)構(gòu)，能夠建立不同的壓力實(shí)驗(yàn)條件，從而能夠在不同壓力條件下對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行觀測，能夠明確裂縫發(fā)育的主控因素以及裂縫發(fā)育的模式。通過數(shù)據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)能夠精確地測量當(dāng)前壓力實(shí)驗(yàn)條件下固定臺(tái)的位移量以及施加于實(shí)驗(yàn)樣品上的壓力值，從而保證了實(shí)驗(yàn)的精確度。本實(shí)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分辨率，從而能夠提高泥頁巖裂縫解釋結(jié)果的準(zhǔn)確度。

附圖說明

所包括的附圖用來提供對本申請實(shí)施方式的進(jìn)一步的理解，其構(gòu)成了說明書的一部分，用于例示本申請的實(shí)施方式，并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(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1為本申請實(shí)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(shí)施方式提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置中樣品夾持機(jī)構(gòu)的局部示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實(shí)施方式中的附圖，對本申請實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施方式僅僅是本申請一部分實(shí)施方式，而不是全部的實(shí)施方式?；诒旧暾堉械膶?shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施方式，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。

圖1為本申請實(shí)施方式提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置的剖面圖。本實(shí)用新型提供的泥頁巖裂縫研究裝置可以位于CT樣品臺(tái)底座上，從而可以基于CT成像技術(shù)對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行觀測，以提高觀測的分辨率。請參閱圖1，所述裝置包括固定臺(tái)機(jī)構(gòu)、壓力加載機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)、樣品夾持機(jī)構(gòu)以及輔助機(jī)構(gòu)，其中：

所述固定臺(tái)機(jī)構(gòu)包括軸心線位于同一直線上的第一固定臺(tái)1、第二固定臺(tái)5和第三固定臺(tái)8，所述第一固定臺(tái)1和所述第二固定臺(tái)5通過所述壓力加載機(jī)構(gòu)相連，所述第二固定臺(tái)5和所述第三固定臺(tái)8之間依次設(shè)置有所述數(shù)據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)和所述樣品夾持機(jī)構(gòu)，所述第三固定臺(tái)8中設(shè)置有所述輔助機(jī)構(gòu)。

在本實(shí)用新型中，所述第一固定臺(tái)1、第二固定臺(tái)5和第三固定臺(tái)8均可以由不銹鋼材料制成，所述第一固定臺(tái)1、第二固定臺(tái)5和第三固定臺(tái)8的外圍均可以覆蓋由玻璃碳制成的加固層。所述由玻璃碳制成的加固層一方面能夠承受較高的壓力，另一方面由于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(zhì)量。

所述壓力加載機(jī)構(gòu)包括中心壓機(jī)、中軸壓力均衡器12和預(yù)設(shè)數(shù)量的邊緣壓機(jī)，所述中心壓機(jī)和所述邊緣壓機(jī)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(jī)和所述中心壓機(jī)的加壓螺絲和彈簧均位于所述第一固定臺(tái)1內(nèi)，所述邊緣壓機(jī)的傳壓螺絲連接所述第一固定臺(tái)1和所述第二固定臺(tái)5，所述中心壓機(jī)的傳壓螺絲與內(nèi)嵌于所述第二固定臺(tái)5內(nèi)的所述中軸壓力均衡器12相連。

在本實(shí)用新型中，所述中心壓機(jī)的軸線與所述第一固定臺(tái)1的軸線位于同一直線上，所述預(yù)設(shè)數(shù)量的邊緣壓機(jī)等間隔分布于以所述中心壓機(jī)為圓心的圓周上。這樣便可以保證壓力加載機(jī)構(gòu)能夠均勻地向?qū)嶒?yàn)樣品施壓。在本實(shí)用新型中，所述邊緣壓機(jī)的數(shù)量可以為4個(gè)，這樣，任意相鄰的兩個(gè)邊緣壓機(jī)之間的夾角便可以為90°。所述中軸壓力均衡器12能夠?qū)⒅行膲簷C(jī)和邊緣壓機(jī)的作用力集中，從而能夠使得中心壓機(jī)和邊緣壓機(jī)施加的壓力能夠均勻作用于實(shí)驗(yàn)樣品上。

所述數(shù)據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于所述第二固定臺(tái)5內(nèi)的位移測定儀13以及內(nèi)嵌于所述中軸壓力均衡器12底部的壓電傳感儀6。

在本實(shí)用新型中，所述位移測定儀13可以記錄壓機(jī)向下移動(dòng)的距離，從而可以間接反映實(shí)驗(yàn)樣品向下移動(dòng)的距離。所述壓電傳感儀6可以將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而能夠在實(shí)驗(yàn)過程中記錄壓力的變化值。

所述樣品夾持機(jī)構(gòu)包括呈對稱分布的第一夾持機(jī)構(gòu)和第二夾持機(jī)構(gòu)以及位于所述第一夾持機(jī)構(gòu)和所述第二夾持機(jī)構(gòu)之間的樣品機(jī)構(gòu)，所述第一夾持機(jī)構(gòu)與所述壓電傳感儀6相連，所述第二夾持機(jī)構(gòu)與所述輔助機(jī)構(gòu)相連，所述第一夾持機(jī)構(gòu)和所述第二夾持機(jī)構(gòu)均包括相連的墊圈9和金剛石10，所述樣品機(jī)構(gòu)包括鈹片11和內(nèi)嵌于所述鈹片11內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)樣品。

請參閱圖2，在本實(shí)用新型中，所述樣品夾持機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(shí)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制成。這樣，由碳化鎢材料制成的組件可以負(fù)責(zé)外部支撐，金剛石則可以作為對實(shí)驗(yàn)樣品加壓的主體。在本實(shí)用新型中，所述實(shí)驗(yàn)樣品可以內(nèi)嵌于所述鈹片內(nèi)部的直徑為80微米、高度為200微米的圓柱體樣品間內(nèi)。

所述輔助機(jī)構(gòu)包括內(nèi)嵌于所述第三固定臺(tái)8中的樣品臺(tái)底座7和承壓臺(tái)14，所述樣品臺(tái)底座7與所述第二夾持機(jī)構(gòu)的墊圈相連，所述承壓臺(tái)14的底部與所述CT樣品臺(tái)底座對接。

在本實(shí)用新型中，所述輔助機(jī)構(gòu)可以用于實(shí)驗(yàn)樣品的安裝與對準(zhǔn)。所述承壓臺(tái)14可以與CT樣品臺(tái)底座對接，具備較大的壓力承受能力。

在具體實(shí)驗(yàn)場景中，首先可以根據(jù)研究需求，確定泥頁巖樣品的待觀測區(qū)域。然后可以利用激光制樣設(shè)備制備直徑為65μm、長度為100μm-150μm的小圓柱樣品，用小鑷子將小圓柱樣品取下，并置于光學(xué)體視鏡下。接著，可以將本實(shí)用新型的泥頁巖裂縫研究裝置的樣品夾持機(jī)構(gòu)置于光學(xué)體視鏡下，用小鑷子將小圓柱樣品放置到開口的鈹片中，盡量保證小圓柱位于鈹片的樣品室中心。然后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(tái)上，確定安裝的穩(wěn)定性，調(diào)整X射線光路與樣品臺(tái)位置，使樣品處于掃描視域的中心位置。緩慢增大加壓旋鈕，5臺(tái)壓機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，使壓電傳感儀緩慢接觸到樣品頂面，記錄此時(shí)的壓電信號(hào)與位移讀數(shù)，將此時(shí)的位移讀數(shù)作為基數(shù)，以便后續(xù)實(shí)驗(yàn)過程中計(jì)算絕對位移量。接著可以設(shè)置納米CT掃描參數(shù)，保證獲取高精度的掃描圖像，具體掃描參數(shù)可以為電壓8KV，像素點(diǎn)分辨率不低于60nm，單張圖片曝光時(shí)間不低于30s，掃描張數(shù)1601張，掃描角度360°。啟動(dòng)納米CT掃描，完成無壓力作用下樣品原始狀態(tài)下孔隙結(jié)構(gòu)與礦物分布特征，記錄此時(shí)起始掃描位置與角度，后續(xù)的掃描均可以按照相同的位置與角度執(zhí)行。

完成原始狀態(tài)樣品的掃描后，可以啟動(dòng)壓機(jī)，依次設(shè)置壓力值為50mN、150mN、250mN、475mN和515mN，按照原始狀態(tài)的掃描參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)依次掃描，獲取三維數(shù)據(jù)圖像。實(shí)際操作過程中，具體壓力數(shù)值應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)樣品的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整，保證可記錄到裂縫起裂與擴(kuò)展的全過程。待樣品發(fā)生充分的裂縫作用后，可以結(jié)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后，可以取下樣品夾持機(jī)構(gòu)，并將所述樣品夾持機(jī)構(gòu)置于體視鏡下，用吹風(fēng)機(jī)加速酒精揮發(fā)速度，待酒精全部揮發(fā)后，將樣品取出并利用體視鏡的目鏡測量系統(tǒng)測量樣品的長度并進(jìn)行記錄，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由上可見，本實(shí)用新型提供的一種泥頁巖裂縫研究裝置可以CT樣品臺(tái)相配套使用，從而可以基于CT成像技術(shù)對實(shí)驗(yàn)樣品的裂縫進(jìn)行觀察。在本實(shí)用新型中，通過樣品夾持機(jī)構(gòu)能夠穩(wěn)定地夾持實(shí)驗(yàn)樣品，并可以對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行擠壓，使得實(shí)驗(yàn)樣品生成待觀察的裂縫。通過固定臺(tái)機(jī)構(gòu)和壓力加載機(jī)構(gòu)，能夠建立不同的壓力實(shí)驗(yàn)條件，從而能夠在不同壓力條件下對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行觀測，能夠明確裂縫發(fā)育的主控因素以及裂縫發(fā)育的模式。通過數(shù)據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)能夠精確地測量當(dāng)前壓力實(shí)驗(yàn)條件下固定臺(tái)的位移量以及施加于實(shí)驗(yàn)樣品上的壓力值，從而保證了實(shí)驗(yàn)的精確度。本實(shí)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分辨率，從而能夠提高泥頁巖裂縫解釋結(jié)果的準(zhǔn)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于將一個(gè)元素或動(dòng)作與另一元素或動(dòng)作進(jìn)行區(qū)分，而不必要求或暗示任何實(shí)際的這種關(guān)系或順序。在環(huán)境允許的情況下，參照元素或部件或步驟(等)不應(yīng)解釋為局限于僅元素、部件、或步驟中的一個(gè)，而可以是元素、部件、或步驟中的一個(gè)或多個(gè)等。

上面對本申請的各種實(shí)施方式的描述以描述的目的提供給本領(lǐng)域技術(shù)人員。其不旨在是窮舉的、或者不旨在將本實(shí)用新型限制于單個(gè)公開的實(shí)施方式。如上所述，本申請的各種替代和變化對于上述技術(shù)所屬領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的。因此，雖然已經(jīng)具體討論了一些另選的實(shí)施方式，但是其它實(shí)施方式將是顯而易見的，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員相對容易得出。本申請旨在包括在此已經(jīng)討論過的本實(shí)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范圍內(nèi)的其它實(shí)施方式。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施方式均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施方式之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施方式重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施方式的不同之處。

雖然通過實(shí)施方式描繪了本申請，本領(lǐng)域普通技術(shù)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(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本申請的精神。