页岩力学特性检测装置及方法

技术领域

本发明涉及油田地质力学技术领域，尤其涉及一种页岩力学特性检测装置及方法。

背景技术

富有机质页岩储层岩石孔隙和渗透率均较常规油藏较低，且所处地质环境复杂，需采用水力压裂技术对页岩储层进行缝网改造，以提高储层导流能力。弹性模量值、断裂韧性值以及硬度值能够反映页岩微观结构特征和储集性能等物性特征，进而，揭示页岩储层改造过程中压裂缝网的扩展规律及压裂效果。掌握页岩的力学特性对油藏增产、钻井和井筒稳定性相关工作具有重要意义。

目前，普通厘米尺度的划痕技术可以对页岩取芯样品实现连续划刻，该技术结合XRD全岩矿物分析可实现页岩弹性模量值、断裂韧性值、硬度值以及矿物组成的连续剖面评价。然而，现有划痕设备无法在页岩储层原位温-压条件下开展试验；页岩划痕和压痕试验需采用两套设备开展；此外，由于现场取芯样品质软、破碎、形状复杂，常导致样品无法夹持到设备上，导致大量取芯样品无法开展压划痕试验。

发明内容

本发明提供了一种页岩力学特性检测装置及方法，以实现页岩压划一体化测量的效果，节约了装置成本和试验空间，进而，提高了岩样压裂甜点的测量准确率和测量效率，有效提升储层岩样的利用率。

根据本发明的第一方面，提供了一种页岩力学特性检测装置，该装置包括：压划痕执行系统、数据采集系统以及数据处理控制系统，其中，

所述数据处理控制系统，用于接收针对页岩力学特性测试项的编辑完成触发操作，生成页岩力学特性测试任务，并控制所述压划痕执行系统对待测页岩样本执行所述页岩力学特性测试任务；

所述数据采集系统，用于在所述页岩力学特性测试任务的执行过程中，检测所述压划痕执行系统中执行刀头对应的受力载荷值，并将所述受力载荷值传输至所述数据处理控制系统；

所述数据处理控制系统，还用于接收所述受力载荷值，并根据所述页岩力学特性测试任务中的预设试验参数和所述受力载荷值确定与所述待测页岩样本对应的至少一项页岩力学特性参数值，并基于所述至少一项页岩力学特性参数值确定与所述待测页岩样本对应的压裂甜点；

其中，所述至少一项页岩力学特性参数值包括弹性模量值、断裂韧性值以及硬度值；所述压裂甜点是所述待测页岩样本中的部分区域，所述部分区域满足预设施工标准。

根据本发明的第二方面，提供了一种页岩力学特性检测方法，该方法包括：

通过数据处理控制系统接收针对页岩力学特性测试项的编辑完成触发操作，生成页岩力学特性测试任务，并控制压划痕执行系统对待测页岩样本执行所述页岩力学特性测试任务；

在所述页岩力学特性测试任务的执行过程中，通过数据采集系统检测所述压划痕执行系统中执行刀头对应的受力载荷值，并将所述受力载荷值传输至所述数据处理控制系统；

通过所述数据处理控制系统接收所述受力载荷值，并根据所述页岩力学特性测试任务中的预设试验参数和所述受力载荷值确定与所述待测页岩样本对应的至少一项页岩力学特性参数值，并基于所述至少一项页岩力学特性参数值确定与所述待测页岩样本对应的压裂甜点；其中，所述至少一项页岩力学特性参数值包括弹性模量值、断裂韧性值以及硬度值；所述压裂甜点是所述待测页岩样本中的部分区域，所述部分区域满足预设施工标准。

本发明实施例提供了一种页岩力学特性检测装置，包括：压划痕执行系统、数据采集系统以及数据处理控制系统，其中，数据处理控制系统，用于接收针对页岩力学特性测试项的编辑完成触发操作，生成页岩力学特性测试任务，并控制压划痕执行系统对待测页岩样本执行页岩力学特性测试任务；数据采集系统，用于在页岩力学特性测试任务的执行过程中，检测压划痕执行系统中执行刀头对应的受力载荷值，并将受力载荷值传输至数据处理控制系统；数据处理控制系统，还用于接收受力载荷值，并根据页岩力学特性测试任务中的预设试验参数和受力载荷值确定与所述待测页岩样本对应的至少一项页岩力学特性参数值，并基于至少一项页岩力学特性参数值确定与待测页岩样本对应的压裂甜点，解决了相关技术中现有划痕设备无法在页岩储层原位温-压条件下开展试验，页岩划痕和压痕试验需采用两套设备开展等问题，实现了页岩压划一体化测量的效果，节约了装置成本和试验空间，进而，可以提高岩样压裂甜点的确定准确率和确定效率，有效提升储层岩样的利用率。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例一提供的一种页岩力学特性检测装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例一提供的一种页岩力学特性检测装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例二提供的一种页岩力学特性检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种页岩力学特性检测装置的结构示意图，本实施例可适用于对任意形状的页岩样本进行压划痕试验，以确定页岩样本的压裂甜点的情况，如图1所示，本实施例提供的页岩力学特性检测装置包括：压划痕执行系统100、数据采集系统200以及数据处理控制系统300。下面对本实施例的页岩力学特性检测装置的结构组成进行具体的说明。

其中，数据处理控制系统300，用于接收针对页岩力学特性测试项的编辑完成触发操作，生成页岩力学特性测试任务，并控制压划痕执行系统100对待测页岩样本执行页岩力学特性测试任务；数据采集系统200，用于在页岩力学特性测试任务的执行过程中，检测压划痕执行系统中执行刀头对应的受力载荷值，并将受力载荷值传输至数据处理控制系统300；数据处理控制系统300，还用于接收受力载荷值，并根据页岩力学特性测试任务中的预设试验参数和受力载荷值确定与待测页岩样本对应的至少一项页岩力学特性参数值，并基于至少一项页岩力学特性参数值确定与待测页岩样本对应的压裂甜点；

其中，压划痕执行系统100可以是执行压痕试验和/或划痕试验的执行设备。压划痕执行系统100可以用于执行针对任意样本的压痕试验和/或划痕试验。压划痕执行系统100可以包括多个子系统，可选的，可以包括水平移动子系统、垂直移动子系统以及执行刀头（例如，压痕刀头和划痕刀头）等。这些子系统之间相互配合可以执行针对待测样本的压痕试验和划痕试验。数据采集系统200可以是对页岩力学特性测试任务执行过程中执行设备的执行数据进行采集的设备。执行设备可以包括执行刀头、水平移动设备以及垂直移动设备等。相应的，执行数据可以包括执行刀头的受力载荷、水平移动设备的水平位移以及垂直移动设备的垂直位移。可选的，数据采集系统200可以包括载荷传感器和位移传感器。数据处理控制系统300可以是基于预先部署的算法对已接收的数据值进行处理的终端设备，同时，还可以是控制压划痕执行系统100的终端设备。数据处理控制系统300可以是能够控制压划痕执行系统100的任意终端设备。可选的，数据处理控制系统300可以是移动终端、PC端或平板电脑等。

其中，页岩力学特性测试项可以为对页岩力学特性测试任务进行编辑的入口控件。页岩力学特性测试项可以显示在数据处理控制系统300的页岩力学特性测试页面中。页岩力学特性测试项可以包括与页岩力学特性测试任务相关联的多个可编辑项。页岩力学特性测试任务可以包括页岩压痕测试任务和页岩划痕测试任务。待测页岩样本可以是待进行检测的页岩样本。

在实际应用中，可以对数据处理控制系统300中预先设置的页岩力学特性测试控件输入触发操作，在检测到针对该控件的触发操作时，可以对该触发操作进行响应，基于数据处理控制系统300的显示界面展示页岩力学特性测试页面，该页岩力学特性测试页面中可以包括多个页岩力学特性测试项和编辑完成控件，用户可以通过编辑触发操作对已显示的页岩力学特性测试项进行编辑。进而，在检测到针对编辑完成控件的触发操作时，即可确定检测到针对页岩力学特性测试项的编辑完成触发操作，对该触发操作进行响应，根据已编辑完成的页岩力学特性测试项生成页岩力学特性测试任务，并生成包括页岩力学特性测试任务的任务执行指令。进一步的，可以将任务执行指令发送至压划痕执行系统100，以控制压划痕执行系统100对待测页岩样本执行已生成的页岩力学特性测试任务。

进一步的，在页岩力学特性测试任务的执行过程中，可以通过数据采集系统200检测压划痕执行系统100中执行刀头对应的受力载荷值，进而，可以将受力载荷值通过数据传输线缆传输至数据处理控制系统300。

其中，执行刀头可以是压划痕执行系统100中与待测页岩样本表面接触，并对待测页岩样本进行压划痕试验的设备。可选的，执行刀头可以包括压痕刀头和划痕刀头。受力载荷值可以是在与待测页岩样本接触过程中执行刀头所承受的载荷值。在实际应用中，对于不同的执行刀头，其所对应的受力载荷值可以包括多种，可选的，若执行刀头为压痕刀头，其所对应的受力载荷值为压痕载荷值，该压痕载荷值可以为垂直力；若执行刀头为划痕刀头，其所对应的受力载荷值可以为划痕载荷值，该划痕载荷值可以包括横向力和垂直力。

在实际应用中，针对待测页岩样本所执行的页岩力学特性测试任务可以包括页岩压痕测试任务和页岩划痕测试任务。对于不同的页岩力学特性测试任务，压划痕执行系统可以对应不同的任务执行过程，下面可以分别对这两种任务的执行过程进行说明。

可选的，页岩力学特性测试任务包括页岩压痕测试任务；受力载荷值包括压痕载荷值；预设试验参数包括预设压痕试验参数；压划痕执行系统100包括水平移动子系统、垂直移动子系统以及压痕刀头，其中，水平移动子系统，用于响应于任务执行指令，控制压痕刀头移动至与待测页岩样本对应的预设起始基准点，并根据预设压痕试验参数控制压痕刀头水平移动；垂直移动子系统，用于在压痕刀头移动至预设起始基准点之后，进行初始纵向位置定位，并根据预设压痕试验参数，控制压痕刀头对待测页岩样本进行处理；数据采集系统200，用于在页岩压痕测试任务的执行过程中，采集压痕刀头对应的压痕载荷值，并将压痕载荷值传输至数据处理控制系统300。

其中，页岩压痕测试任务可以是对待测页岩样本进行压痕试验的任务。水平移动子系统，可以用于控制压痕刀头按照预设水平位移和预设速度进行水平移动。压痕刀头可以是对样本进行压印处理，以在样本上压出痕迹的刀头。压痕刀头可以是任意形状的刀头，可选的，可以是圆锥形或圆形刀头。预设起始基准点可以是预先确定的任务起始基准点，该基准点可以是设置在待测页岩样本表面上的任意一点。预设压痕试验参数可以是预先设置的，用于执行压痕试验的各项参数。可选的，预设压痕试验参数可以包括每个压痕点对应的位置和每个压痕点对应的压痕深度等。垂直移动子系统，可以用于控制压痕刀头按照预设垂直位移和预设速度进行垂直移动，并配合水平移动子系统进行后续压痕试验。压痕载荷值可以是压痕刀头在任务执行过程中所承受的载荷值，也可以理解为压痕刀头与待测页岩样本接触并在压痕点处进行压印时所承受的载荷值。压痕载荷值可以为垂直力。

在实际应用中，在压划痕执行系统100接收到包括页岩压痕测试任务的任务执行指令之后，可以对该任务执行指令进行响应，通过水平移动子系统控制压痕刀头移动至待测页岩样本对应的预设起始基准点。进而，在压痕刀头移动至预设起始基准点之后，可以通过垂直移动子系统进行初始纵向位置定位，进而，可以通过水平移动子系统和垂直移动子系统相互配合按照预设压痕试验参数，控制压痕刀头对待测页岩样本上多个压痕点上进行压印处理。进一步的，在压痕测试任务的执行过程中，可以通过数据采集系统200检测并采集压痕刀头对应的压痕载荷值，并将已采集的压痕载荷值传输至数据处理控制系统300。

进一步的，数据处理控制系统300，用于接收压痕载荷值，并根据预设压痕试验参数和压痕载荷值，确定待测页岩样本对应的弹性模量值。

其中，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，可以视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。预设压痕试验参数可以包括压痕刀头与待测页岩样本的接触面积、接触深度以及压痕刀头的配置参数等。

在实际应用中，在接收到多个压痕点对应的压痕载荷值之后，针对每个压痕点，可以根据当前压痕点对应的预设压痕试验参数和压痕载荷值，确定当前压痕点对应的弹性模量值。

示例性的，可以基于如下公式确定弹性模量值：

其中，

需要说明的是，待测页岩样本对应的弹性模量值可以是多个压痕点对对应的弹性模量值组成的离散数据值。

可选的，页岩力学特性测试任务包括页岩划痕测试任务；受力载荷值包括划痕载荷值；预设试验参数包括预设划痕试验参数；压划痕执行系统100包括水平移动子系统、垂直移动子系统以及划痕刀头，其中，水平移动子系统，用于响应于任务执行指令，控制划痕刀头移动至与待测页岩样本对应的预设起始基准点，并根据预设划痕试验参数控制划痕刀头水平移动；垂直移动子系统，用于在划痕刀头移动至与待测页岩样本对应的预设起始基准点之后，进行初始纵向位置定位，并根据预设划痕试验参数，控制划痕刀头对待测页岩样本进行处理；数据采集系统200，用于在页岩划痕测试任务的执行过程中，采集划痕刀头对应的划痕载荷值，并将划痕载荷值传输至数据处理控制系统300。

其中，页岩划痕测试任务可以是对待测页岩样本进行划痕试验的任务。水平移动子系统，可以用于控制划痕刀头按照预设水平位移和预设速度进行水平移动。划痕刀头可以是在样本上划动，以在样本上留下预设深度的划痕的刀头。划痕刀头可以是任意形状的刀头，可选的，可以是矩形刀头。预设起始基准点可以是预先确定的任务起始基准点，该基准点可以是设置在待测页岩样本表面上的任意一点。预设划痕试验参数可以是预先设置的，用于执行划痕试验的各项参数。可选的，预设划痕试验参数可以包括划动位移、划痕深度以及划动角度等。垂直移动子系统，可以用于控制划痕刀头按照预设垂直位移和预设速度进行垂直移动，并配合水平移动子系统进行后续划痕试验。划痕载荷值可以是划痕刀头在任务执行过程中所承受的载荷值，也可以理解为划痕刀头与待测页岩样本接触并进行划动时所承受的载荷值。划痕载荷值可以包括横向力和垂直力。

在实际应用中，在压划痕执行系统100接收到包括页岩划痕测试任务的任务执行指令之后，可以对该任务执行指令进行响应，通过水平移动子系统控制划痕刀头移动至待测页岩样本对应的预设起始基准点。进而，在划痕刀头移动至预设起始基准点之后，可以通过垂直移动子系统进行初始纵向位置定位，进而，可以通过水平移动子系统和垂直移动子系统相互配合按照预设划痕试验参数，控制划痕刀头对待测页岩样本上进行划动处理。进一步的，在划痕测试任务的执行过程中，可以通过数据采集系统200检测并采集划痕刀头对应的划痕载荷值，并将已采集的划痕载荷值传输至数据处理控制系统300。

进一步的，数据处理控制系统，用于接收划痕载荷值，并根据预设划痕试验参数和划痕载荷值，确定待测页岩样本对应的断裂韧性值和硬度值。

其中，预设划痕试验参数可以包括划痕刀头宽度和划痕深度。

在实际应用中，在接收到划痕载荷值之后，可以根据划痕载荷值中的横向力和垂直力，确定等效载荷。进而，可以根据等效力和预设划痕试验参数，确定断裂韧性值。并且，可以根据划痕刀头宽度和划痕深度确定接触面积，并确定横向力与接触面积之间的比值，可以将该比值作为硬度值。

示例性的，可以基于如下公式确定断裂韧性值：

其中，

示例性的，可以基于如下公式确定硬度值：

其中，

需要说明的是，待测页岩样本对应的断裂韧性值，可以是页岩划痕测试任务执行过程中所确定的连续数据值，该连续数据值的起点可以是预设起始基准点对应的断裂韧性值，终点是划痕终点对应的断裂韧性值；待测页岩样本对应的硬度值，可以是页岩划痕测试任务执行过程中所确定的连续数据值，该连续数据值的起点可以是预设起始基准点对应的硬度值，终点是划痕终点对应的硬度值。

可选的，数据处理控制系统，用于根据预设筛选标准对弹性模量值、断裂韧性值和硬度值进行筛选，并基于筛选后的弹性模量值、断裂韧性值和硬度值确定压裂甜点。

其中，预设筛选标准可以是预先设置的用于确定压裂甜点的标准。预设筛选标准可以包括预设弹性模量阈值、预设断裂韧性阈值以及预设硬度阈值。压裂甜点是待测页岩样本中的部分区域，部分区域满足预设施工标准。

在实际应用中，可以将待测页岩样本对应的弹性模量值中小于预设弹性模量阈值的值筛选出来，以作为筛选后的弹性模量值；以及，将待测页岩样本对应的断裂韧性值中小于预设断裂韧性阈值的值筛选出来，以作为筛选后的断裂韧性值；以及，将待测页岩样本对应的硬度值中小于预设硬度阈值的值筛选出来，以作为筛选后的断裂韧性值。进一步的，可以确定筛选后的弹性模量值、断裂韧性值和硬度值这三个数据集的交集。从而，可以将已确定的交集作为待测页岩样本对应的压裂甜点。

在实际应用中，待测页岩样本大多数为页岩形状不规则的页岩样本，为了在不破坏页岩样本的前提下，对待测页岩样本进行夹持测量，还可以设置用于夹持待测页岩样本的夹持系统，以在任务执行时，通过夹持系统对待测页岩样本进行夹持。

基于此，该装置还包括：多尺度岩样软夹持系统，其中，多尺度岩样软夹持系统，用于夹持待测页岩样本，并控制待测页岩样本三维压力达到预设地层压力。

其中，多尺度岩样软夹持系统，用于对不同形状、大小和长短的页岩样本进行表面非破坏式软夹持；同时，还可以用于控制页岩样本三维压力达到预设地层压力。在本实施例中，多尺度岩样软夹持系统可以包括多尺度岩样夹具、液压缸、顶紧装置、软夹持面以及压力传感器。预设地层压力可以是预先确定的页岩样本所在地层的模拟压力。预设地层压力可以是模拟油藏真实压力。

在实际应用中，多尺度岩样夹具和软夹持面相互配合对待测页岩样本进行夹持，软夹持面与待测页岩样本外表面接触；压力传感器，用于对待测页岩样本表面所受压力进行检测，并与液压缸相互配合，以使待测页岩样本三维压力达到预设地层压力，并维持任务执行期间压力的稳定。这样设置的好处在于：实现了对任意形状和角度岩样的软夹持，多尺度岩样软夹持系统解决了传统划痕夹持设备只能夹持规则岩样、适用面窄的难题，且本发明的岩样软夹持面对岩样表面几乎无破坏。

可选的，装置还包括：温控系统，其中，温控系统，用于在页岩力学特性测试任务的执行过程中，控制待测页岩样本的样本表面温度维持在预设地层温度。

其中，温控系统可以是用于进行预设温度模拟的装置，温控系统可以包括加热保温套和温度传感器。预设地层温度可以是预先确定的页岩样本所在地层的模拟温度。预设地层压力可以是模拟油藏真实温度。

在实际应用中，可以将加热保温套包裹在多尺度岩样夹具的外端，在页岩力学特性测试任务的执行之前，可以对加热保温套进行加热，以使加热保温套中的待测页岩样本的表面温度升高，在温度传感器检测到样本表面温度达到预设地层温度时，可以停止加热，并使待测页岩样本表面温度始终维持在预设地层温度。

可选的，该装置还包括：矿物分析系统，其中，矿物分析系统，用于在页岩力学特性测试任务的执行过程中，获取待测页岩样本上多个预设位置处的样本粉末，并检测多个预设位置处的样本粉末的矿物组成和各组成矿物的组成比例。

其中，矿物分析系统，用于对岩样表面进行连续且非破坏式的矿物定性和定量分析，进而分析岩样不同位置矿物组成及比例。矿物分析系统可以包括X射线（X-rayDiffraction，XRD）衍射仪和粉末收集槽。粉末收集槽可以用于收集足量划痕岩屑。XRD衍射仪可以用于检测不同位置划出的岩样粉末矿物组成及比例。预设位置可以是预先确定的矿物分析位置。

在实际应用中，可以在页岩力学特性测试任务的执行过程中，通过粉末收集槽收集待测页岩样本上多个预设位置处的样本粉末，进而，可以通过XRD衍射仪检测多个预设位置处的样本粉末的矿物组成以及各组成矿物的组成比例。这样设置的好处在于：实现了划痕刀头划过后岩屑矿物成分连续实时检测，快速了解岩样不同位置矿物成分及比例，分析结果可与划痕实验结果进行对比，进而指导储层压裂工作；解决了传统划痕装置无法分析矿物成分难题，节约了实验成本和实验时间。

图2是本发明实施例所提供的一种页岩力学特性检测装置的可选实例的结构示意图。如图2所示，页岩力学特性检测装置可以包括压划痕一体化工作台1；划痕刀头2；压痕刀头3；计算机终端4；移动导轨5；伺服电机6；传动主轴7；多尺度岩样夹具8；液压缸9；顶紧装置10；软夹持面11；加热保温套12；温度传感器13；升降装置14；划痕深度控制装置15；划痕载荷传感器16；压痕深度控制装置17；压痕载荷传感器18；XRD衍射仪19；粉末收集槽20；水平位移传感器21；垂直位移传感器22；压力传感器23；数据传输电缆24。

其中，页岩力学特性检测装置包括水平移动系统、多尺度岩样软夹持系统、温控系统、划痕系统、压痕系统、矿物分析系统、数据采集系统及数据处理控制系统。

其中，水平移动系统包括移动导轨5、伺服电机6、传动主轴7；移动导轨5安装于压划痕一体化工作台1上端；伺服电机6在移动导轨5左端；传动主轴7与伺服电机6相连，用于带动移动导轨5水平移动用于控制压划痕一体化工作台1横向移动，划痕系统和压痕系统安装于压划痕一体化工作台1上；水平移动系统用于控制压划痕一体化工作台1水平移动至岩样指定位置，根据实验要求在岩样表面进行指定水平位移和速度的划痕实验；还用于压划痕试验水平定位。

其中，多尺度岩样软夹持系统用于对不同形状、大小和长短的岩样进行表面非破坏式软夹持；还用于控制岩样三维压力达到预设地层压力，模拟油藏真实压力，并维持实验期间压力的稳定；多尺度岩样软夹持系统还包括多尺度岩样夹具8、液压缸9、顶紧装置10、软夹持面11；液压缸9在压划痕一体化工作台1上端；软夹持面11分布在岩样外端；顶紧装置10在液压缸9左端，顶紧装置10左端紧贴岩样，用于起夹持基准面作用。

温度控制系统用于控制岩样表面温度达到预设地层温度，模拟油藏真实温度，并维持实验期间温度的稳定；温度控制系统还包括加热保温套12和温度传感器13；加热保温套12包裹在多尺度岩样夹具8外端，用于控制岩样表面温度达到预设地层温度，模拟油藏真实温度，并维持实验期间温度的稳定。

其中，划痕系统用于控制划痕刀头2纵向移动至岩样表面，进行初始纵向位置定位；还用于控制划痕刀头2移动至指定深度，配合水平移动系统进行后续划痕实验，划痕刀头宽度和倾角根据实验需求自行调整；划痕系统还包括升降装置14、划痕深度控制装置15、划痕载荷传感器16、划痕刀头2；升降装置14安装于压划痕一体化工作台1上，用于操控划痕刀头2移动至岩样基准面；划痕深度控制装置15安装于压划痕一体化工作台1上，划痕深度控制装置15内部设置电机，用于操控划痕刀头2移动至设定划痕深度；划痕载荷传感器16在划痕深度控制装置15下端，用于接收划痕刀头2受力数据；划痕刀头2在划痕载荷传感器16下端，且划痕刀头2宽度和角度可根据实验需求自行调整。

其中，压痕系统用于控制压痕刀头3纵向移动至岩样表面，进行初始纵向位置定位；还用于控制压痕刀头3移动至指定深度，移动速度根据实验需求自行调整；压痕系统包括压痕深度控制装置17、压痕载荷传感器18、压痕刀头3；压痕深度控制装置17安装于压划痕一体化工作台1上，压痕深度控制装置17内部设置电机，用于操控压痕刀头3下至设定压痕深度；压痕载荷传感器18在压痕深度控制装置17下端，用于接收压痕刀头3受力情况；压痕刀头3在压痕载荷传感器18下端，且压痕刀头3规范可根据实验需求自行调整。

其中，矿物分析系统用于对岩样表面进行连续且非破坏式的矿物定性和定量分析，进而分析岩样不同位置矿物组成及比例；并与岩样划痕所测得的力学参数数据进行对比分析；矿物分析系统包括XRD衍射仪19、粉末收集槽20；XRD衍射仪19在划痕刀头2左端，用于检测不同位置划出的岩样粉末矿物组成及比例；粉末收集槽20在XRD衍射仪19左端，用于收集足量划痕岩屑。

其中，数据采集传输系统用于对划痕刀头2和压痕刀头3水平位移、纵向位移、三维应力进行采集，并传输至计算机终端4；还用于对岩样表面温度及所受压力进行采集，并传输至计算机终端4；还用于对岩样不同位置矿物及比例进行采集，并传输至计算机终端4；数据采集系统包括压痕和划痕实验中测量水平位移和垂直位移的水平位移传感器21和垂向位移传感器22，测量岩样所受外围压力的压力传感器23，传输位移、载荷和岩样矿物信息的数据传输线缆24；位移传感器在划痕深度控制装置15和压痕深度控制装置17内端；岩样外围压力传感器23在软夹持面11内端；数据传输线缆24与计算机终端4相连。

其中，数据处理控制系统包括信号调理单元和计算机终端4；信号调理单元用于将采集到的位移、载荷、矿物信息信号转换为数字信号；计算机终端包括计算机硬件和控制程序软件；计算机硬件用于运算、控制和存储数字信号；控制程序软件通过人机交互界面和实验人员联系，用于原位环境厘米级页岩划痕测量实验装置多个供能的协调和指挥。

本发明实施例提供了一种页岩力学特性检测装置，包括：压划痕执行系统、数据采集系统以及数据处理控制系统，其中，数据处理控制系统，用于接收针对页岩力学特性测试项的编辑完成触发操作，生成页岩力学特性测试任务，并控制压划痕执行系统对待测页岩样本执行页岩力学特性测试任务；数据采集系统，用于在页岩力学特性测试任务的执行过程中，检测压划痕执行系统中执行刀头对应的受力载荷值，并将受力载荷值传输至数据处理控制系统；数据处理控制系统，还用于接收受力载荷值，并根据页岩力学特性测试任务中的预设试验参数和受力载荷值确定与所述待测页岩样本对应的至少一项页岩力学特性参数值，并基于至少一项页岩力学特性参数值确定与待测页岩样本对应的压裂甜点，解决了相关技术中现有划痕设备无法在页岩储层原位温-压条件下开展试验，页岩划痕和压痕试验需采用两套设备开展等问题，实现了页岩压划一体化测量的效果，节约了装置成本和试验空间，进而，可以提高岩样压裂甜点的确定准确率和效率，有效提升储层岩样的利用率。

实施例二

图3是本发明实施例二提供的一种页岩力学特性检测方法的流程图，该方法可以应用于上述实施例提供的页岩力学特性检测装置。如图3所示，该方法包括：

S210、通过数据处理控制系统接收针对页岩力学特性测试项的编辑完成触发操作，生成页岩力学特性测试任务，并控制压划痕执行系统对待测页岩样本执行页岩力学特性测试任务。

S220、在页岩力学特性测试任务的执行过程中，通过数据采集系统，检测压划痕执行系统中执行刀头对应的受力载荷值，并将受力载荷值传输至数据处理控制系统。

S230、通过数据处理控制系统接收受力载荷值，并根据页岩力学特性测试任务中的预设试验参数和受力载荷值确定与待测页岩样本对应的至少一项页岩力学特性参数值，并基于至少一项页岩力学特性参数值确定与待测页岩样本对应的压裂甜点。

其中，至少一项页岩力学特性参数值包括弹性模量值、断裂韧性值以及硬度值；所述压裂甜点是所述待测页岩样本中的部分区域，所述部分区域满足预设施工标准。

可选的，所述页岩力学特性测试任务包括页岩压痕测试任务；所述受力载荷值包括压痕载荷值；所述预设试验参数包括预设压痕试验参数；所述压划痕执行系统包括水平移动子系统、垂直移动子系统以及压痕刀头；

相应的，通过水平移动子系统响应于任务执行指令，控制所述压痕刀头移动至与所述待测页岩样本对应的预设起始基准点，并根据所述预设压痕试验参数控制所述压痕刀头水平移动；

在所述压痕刀头移动至所述预设起始基准点之后，通过垂直移动子系统进行初始纵向位置定位，并根据所述预设压痕实验参数，控制所述压痕刀头对所述待测页岩样本进行处理；

在所述页岩压痕测试任务的执行过程中，通过所述数据采集系统采集所述压痕刀头对应的压痕载荷值，并将所述压痕载荷值传输至所述数据处理控制系统。

可选的，通过数据处理控制系统接收所述压痕载荷值，并根据所述预设压痕试验参数和所述压痕载荷值，确定所述待测页岩样本对应的弹性模量值。

可选的，所述页岩力学特性测试任务包括页岩划痕测试任务；所述受力载荷值包括划痕载荷值；所述预设试验参数包括预设划痕试验参数；所述压划痕执行系统包括水平移动子系统、垂直移动子系统以及划痕刀头；

相应的，通过水平移动子系统响应于任务执行指令，控制所述划痕刀头移动至与所述待测页岩样本对应的预设起始基准点，并根据所述预设划痕试验参数控制所述划痕刀头水平移动；

在所述划痕刀头移动至与所述待测页岩样本对应的预设起始基准点之后，通过所述垂直移动子系统进行初始纵向位置定位，并根据所述预设划痕试验参数，控制所述划痕刀头对所述待测页岩样本进行处理；

在所述页岩划痕测试任务的执行过程中，通过所述数据采集系统采集所述划痕刀头对应的划痕载荷值，并将所述划痕载荷值传输至所述数据处理控制系统。

可选的，通过所述数据处理控制系统接收所述划痕载荷值，并根据所述预设划痕试验参数和所述划痕载荷值，确定所述待测页岩样本对应的断裂韧性值和硬度值。

可选的，通过所述数据处理控制系统根据预设筛选标准对所述弹性模量值、所述断裂韧性值和硬度值进行筛选，并基于筛选后的弹性模量值、断裂韧性值和硬度值确定压裂甜点。

可选的，所述装置还包括：多尺度岩样软夹持系统；相应的，所述方法还包括：通过多尺度岩样软夹持系统夹持所述待测页岩样本，并控制所述待测页岩样本三维压力达到预设地层压力。

可选的，所述装置还包括：温控系统；相应的，所述方法还包括：在所述页岩力学特性测试任务的执行过程中，通过所述温控系统控制所述待测页岩样本的样本表面温度维持在预设地层温度。

可选的，所述装置还包括：矿物分析系统；相应的，所述方法还包括：在所述页岩力学特性测试任务的执行过程中，通过所述矿物分析系统获取所述待测页岩样本上多个预设位置处的样本粉末，并检测所述多个预设位置处的样本粉末的矿物组成和各组成矿物的组成比例。

本实施例所提供的技术方案，通过数据处理控制系统接收针对页岩力学特性测试项的编辑完成触发操作，生成页岩力学特性测试任务，并控制压划痕执行系统对待测页岩样本执行页岩力学特性测试任务，进一步的，在页岩力学特性测试任务的执行过程中，通过数据采集系统，检测压划痕执行系统中执行刀头对应的受力载荷值，并将受力载荷值传输至数据处理控制系统，最后，通过数据处理控制系统接收受力载荷值，并根据页岩力学特性测试任务中的预设试验参数和受力载荷值确定与待测页岩样本对应的至少一项页岩力学特性参数值，并基于至少一项页岩力学特性参数值确定与待测页岩样本对应的压裂甜点，解决了相关技术中现有划痕设备无法在页岩储层原位温-压条件下开展试验，页岩划痕和压痕试验需采用两套设备开展等问题，实现了页岩压划一体化测量的效果，节约了装置成本和试验空间，进而，可以提高岩样压裂甜点的确定准确率和效率，有效提升储层岩样的利用率。