配备流体注入接口的实验室压力机可作为地质力学破裂分析的高保真模拟器。
其主要功能是同时对岩石样品施加外部机械压力，并将高压流体直接注入岩石的孔隙中。这种双重作用能力使研究人员能够分离和确定引发天然水力压裂所需的精确条件。
核心要点 通过独立控制外部应力和内部流体压力，该设备量化了流体动力学克服岩石强度时的精确阈值。它确定了内部压力超过侧向压力和岩石抗拉强度组合阻力的临界时刻。
模拟地层深处条件
同时施压的必要性
为了准确研究天然破裂，不能孤立地测试岩石强度和流体压力。
实验室压力机旨在对岩石骨架施加机械压力，模拟地层深处的构造应力或上覆岩层应力。
复制孔隙压力动力学
在岩石承受机械载荷的同时，机器利用其接口注入流体。
这将高压流体引入岩石样品的孔隙中。这一步骤对于模拟天然储层内积聚的内部力至关重要。
定义破裂阈值
确定临界点
该设备专门设计用于测量失效的“临界点”。
这是岩石系统平衡被打破的确切时刻。它标志着从稳定状态向破裂开始的转变。
失效力学
该机器验证了水力压裂的基本方程。
它表明，当内部流体压力超过水平侧向压力和岩石抗拉强度之和时，就会发生破裂。
模拟脆性破裂
该过程的最终输出是脆性破裂的复制。
通过控制这些变量，研究人员可以重现自然界中特定的起始条件，而不是诱发通用的破碎或剪切破坏。
准确性的关键依赖
力的平衡
数据的有效性完全取决于力的精确同步。
如果机械压力（围压）相对于不断增加的流体压力未能保持恒定，模拟将无法反映自然条件。
破裂类型的特异性
该设置专门针对研究由流体驱动的拉伸破坏进行了优化。
它不太适用于研究非孔隙压力诱导的剪切破坏。用户必须确保其研究问题与流体驱动的脆性破裂的特定力学相符。
如何将其应用于您的研究
如果您的主要重点是定义失效准则：
- 使用此设备绘制侧向围压与岩石破裂所需的流体压力之间的特定比率图。
如果您的主要重点是材料表征：
- 利用流体注入接口测量岩石在饱和和受载状态下的有效抗拉强度。
如果您的主要重点是预测建模：
- 利用“临界点”数据校准模拟模型，确保它们反映孔隙压力和构造应力之间现实的相互作用。
这项技术弥合了理论岩石力学与地下水力过程物理现实之间的差距。
摘要表：
| 特征 | 在破裂研究中的作用 |
|---|---|
| 机械压力 | 模拟地层深处的构造应力和上覆岩层应力 |
| 流体注入 | 复制岩石储层内的高压孔隙动力学 |
| 阈值分析 | 确定流体压力超过岩石强度的临界点 |
| 失效建模 | 专门重现脆性破裂和拉伸破坏条件 |
| 数据校准 | 为失效准则和预测建模提供精确比率 |
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参考文献
- Yu. L. Rebetsky. ON THE POSSIBLE FORMATION MECHANISM OF THE OPEN FRACTURING IN SEDIMENTARY BASINS. DOI: 10.5800/gt-2024-15-2-0754
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
