一种岩石亚临界裂纹扩展实验简易装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油与天然气岩石力学领域，具体涉及一种岩石亚临界裂纹扩展实验简易装置。
【背景技术】
[0002]岩石类材料其内部存在着初始微裂纹和缺陷，其岩体的变形与破坏机制与岩体中裂纹的萌生、扩展和贯通过程密切相关。在岩石断裂力学中，当裂纹尖端应力强度因子达到材料的断裂韧度(KIC)时，裂纹就会以接近声的速度扩展。但是，在应力强度因子小于KIC时，裂纹仍然会缓慢地、稳定地扩展，即亚临界裂纹扩展。亚临界裂纹扩展是岩石中最主要的与时间相关的行为，因此亚临界裂纹扩展参数对分析油气井的井壁稳定性非常重要。目前研究和测量岩石亚临界裂纹扩展参数是采用双扭测试法，其中就需要加工双扭试件，经多方调研，目前这种双扭测试法存在一些缺点，缺点如下:
[0003](I)双扭测试法对双扭试件的要求很高，试件为长X宽X高为150.0mm X 60.0mm X4.80mm的薄板，且试件上、下表面平行度误差不超过0.025mm，针对油气井所需要研究的岩石来说加工成此种双扭试件困难很大，如硬脆性泥页岩，其层理性和各向异性太强，加工成此双扭试件几乎不可能，且由于从地下所取岩心尺寸较小也无法制作成双扭试件；
[0004](2)双扭测试需在专门的伺服系统(如INS TR ON 1342材料伺服系统)上进行，或对现有的常规岩石三轴试验系统(如TAW1000压力伺服系统)进行改装，但改装过程十分繁琐。
[0005]因此，需要研制出一种实验试件加工简单，且能在现有常规岩石三轴试验系统上进行岩石亚临界裂纹扩展实验的简易装置，尤其针对石油天然气领域所需要研究的岩石也能进行。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是:为岩石亚临界裂纹扩展实验提供一种简易装置，且能在现有常规岩石三轴试验系统上进行，同时能达到双扭测试法一样的实验精度和实验结果，这样既可以是实验过程简单又保证实验数据的准确性。
[0007]为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为:
[0008]—种岩石亚临界裂纹扩展实验简易装置，其特征在于:上部为钢球体，下部为岩心试样，所述的钢球体的直径为10mm，常规岩石三轴试验系统通过钢球体将压力传递给岩心试样，所述的岩心试样是由直径25_、高度20mm的圆柱形岩心加工而成，岩心试样的结构包含“V”型切口、裂纹导向槽、楔形体切口，所述的“V”型切口位于岩心试样上部，其上端宽度为25mm，“V”型面夹角为90度，“V”型面与钢球体接触，“V”型切口和钢球体的共同作用使常规岩石三轴试验系统产生的一部分垂向压力转变为对岩心试样的横向拉应力，使裂纹导向槽产生拉应力，达到了双扭测试中对双扭试件中间产生拉应力的同样效果，所述的裂纹导向槽位于“V”型切□尖端的中央轴线上，其为长方体通槽，槽宽为2mm，槽深为2mm，所述的楔形体切口位于裂纹导向槽的一端，其宽度为Imm，深度为Imm，高为0.5mm，楔形体切口使得在加载过程中裂纹由该切口开始，并沿裂纹导向槽延伸。
[0009]本实用新型的有益效果:
[0010]由上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的一种岩石亚临界裂纹扩展实验简易装置，该装置实验试件加工简单，可在常规岩石三轴试验系统上进行实验，原理简单，操作方便，满足实验要求。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型应用的岩石亚临界裂纹扩展实验装置安装图；
[0012]图2为本实用新型装置结构示意图；
[0013]图3为本实用新型装置中岩心试样的主视图；
[0014]图4为本实用新型装置中岩心试样的A-A剖视图；
[0015]图5为本实用新型装置中岩心试样的俯视图；
[0016]图中:常规岩石三轴试验系统压头1、钢球体2、“V”型切口3、裂纹导向槽4、楔形体切口 5、岩心试样6、常规岩石三轴试验系统底座7。
【具体实施方式】
[0017]如图1和图2所示，为本实用新型应用的岩石亚临界裂纹扩展实验装置安装图和本实用新型装置结构示意图，它包括常规岩石三轴试验系统压头1、钢球体2、“V”型切口3、裂纹导向槽4、楔形体切口 5、岩心试样6、常规岩石三轴试验系统底座7 ；如图3-5所不，为本实用新型装置中岩心试样的主视图和剖视图及俯视图，为岩心试样的加工提供参考。本实用新型装置的特征在于，上部为直径为1mm的钢球体，下部为岩心试样，所述岩心试样的结构包含“V”型切口、裂纹导向槽、楔形体切口，所述“V”型切口位于岩心试样上部，所述裂纹导向槽在“V”型切口尖端的中央轴线上，所述楔形体切口位于裂纹导向槽的一端。
[0018]本实用新型中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
【主权项】
1.一种岩石亚临界裂纹扩展实验简易装置，其特征在于:上部为钢球体(2)，下部为岩心试样(6)，所述的钢球体(2)的直径为I Omm，所述的岩心试样(6)是由直径25mm、高度20mm的圆柱形岩心加工而成，岩心试样(6)的结构包含“V”型切口(3)、裂纹导向槽(4)、楔形体切口(5)，所述的“V”型切口(3)位于岩心试样(6)上部，其上端宽度为25mm，“V”型面夹角为90度，“V”型面与钢球体(2)接触，所述的裂纹导向槽(4)位于“V”型切口(3)尖端的中央轴线上，其为长方体通槽，槽宽为2mm，槽深为2mm，所述的楔形体切口( 5)位于裂纹导向槽(4)的一端，其宽度为1mm，深度为1mm，高为0.5mm0
【专利摘要】本实用新型涉及一种岩石亚临界裂纹扩展实验简易装置，可在常规岩石三轴试验系统上对岩石进行亚临界裂纹扩展实验，该装置其特征在于：上部为直径为10mm的钢球体，下部为岩心试样，所述岩心试样是由直径25mm、高度20mm的圆柱形岩心加工而成，岩心试样的结构包含“V”型切口、裂纹导向槽、楔形体切口，所述“V”型切口位于岩心试样上部，其上端宽度为25mm，“V”型面夹角为90度，所述裂纹导向槽在“V”型切口尖端的中央轴线上，其为长方体通槽，槽宽2mm，槽深2mm，所述楔形体切口位于裂纹导向槽的一端，其宽1mm，深1mm，高0.5mm，楔形体切口使在加载过程中裂纹由该切口开始，并沿裂纹导向槽延伸，该简易装置易于加工，且能满足岩石亚临界裂纹扩展实验的要求。
【IPC分类】G01N3/08
【公开号】CN205209884
【申请号】CN201520899020
【发明人】汪伟, 邓金根, 刘凯铭
【申请人】中国石油大学(北京)
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年11月13日