一种用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及岩石力学测试技术领域，具体涉及一种用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置、系统及方法。


背景技术：

2.许多非常规油气储层发育一定规模的天然裂缝，天然裂缝为储层岩石的力学弱面，当钻井或压裂改造过程中，原有的储层应力状态发生改变，可能导致天然裂缝发生滑移变形，特别是压裂改造过程中，由于裂缝扩展的影响，压裂裂缝中的流体压力可能产生激荡现象，造成天然裂缝面往复滑移摩擦运动，往复滑移运动可能会对压裂裂缝扩展产生重要影响。天然裂缝面的力学性能和摩擦特征对于岩石裂缝面的滑移摩擦运移具有重要影响，决定了天然裂缝面能否产生滑移剪切裂缝。
3.国内外针对岩石裂缝面摩擦滑移以及裂缝摩擦系数的研究相对较少，针对岩石基质的剪切失效仪器和研究方法进行了部分研究。但是，现有的实验仪器和实验方法具有以下局限性：(1)无法考虑三向地应力。现有的摩擦系数测试实验仪器一般只加载低法向应力，无法加载围压，整体来说无法模拟三向地应力对裂缝面摩擦系数的影响。(2)无法加载裂缝面孔隙压力。储层岩石流体对裂缝面具有润滑和扩容作用，会降低裂缝面的摩擦作用，现有的大部分实验仪器无法考虑孔隙压力作用，无法研究孔隙压力对岩石裂缝面摩擦作用的影响。(3)无法实现循环往复摩擦。现有的大部分实验仪器只能进行单一方向的摩擦运移和实验测试，无法进行两个方向的循环往复摩擦运动，研究循环往复作用对裂缝面和摩擦系数的影响。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置、系统及方法，可进行三向地应力和孔隙压力条件下岩石裂缝面的摩擦滑移和摩擦系数的测定，研究裂缝面粗糙程度、裂缝面强度、地应力、孔隙压力以及裂缝面往复摩擦运动等对裂缝面摩擦滑移和摩擦系数的影响，实验结果更加接近真实的储层岩石结果，研究结果对于钻井和压裂改造的优化具有指导作用，为储层岩石力学特征、井壁稳定性和压裂天然裂缝剪切滑移判断等提供基础支撑。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置，包括尺寸一致且相对布置的上部试件和下部试件、上部固定盘、下部装载盘、拉伸连接扣、法向应力加载活塞、法向应力加载垫块、围压加载活塞、滑移推动活塞和侧面固定挡板。其中，上部试件装载于上部固定盘内，法向应力加载垫块布置在上部固定盘上，法向应力加载活塞通过连接杆与法向应力加载垫块连接。下部试件装载于下部装载盘内，侧面固定挡板布置在下部装载盘上沿下部试件长度方向延伸的两侧，围压加载活塞布置在侧面固定挡板上。滑移推动活塞通过拉伸连接扣布置在下部装载盘的其中一端。法向应力加载活塞、围压加载活塞和滑移推动活塞分别与液压
注入泵连接。
7.根据本发明的用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置，可考虑裂缝面法向应力和围压对裂缝面摩擦系数的影响，研究法向应力和围压变化条件下的裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化特征，还可以模拟裂缝面单次摩擦运移条件下的摩擦系数，可进行页岩、致密砂岩、煤岩等各种类型岩石条件的裂缝面的摩擦系数，模拟结果可为井壁稳定、压裂改造等提供基础数据和支撑。
8.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
9.根据本发明的用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置，在一个优选的实施方式中，滑移推动活塞布置于下部装载盘的两端。
10.通过上述设置方式，本发明的装置也可进行裂缝面多次循环往复运动过程中裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化，研究裂缝面往复摩擦运动对裂缝面摩擦系数的影响。
11.进一步地，在一个优选的实施方式中，装置还包括布置在下部装载盘上且能够与上部试件和下部试件之间形成的裂缝连通的流体注入管路，流体注入管路布置在裂缝的两端。位于裂缝其中一端的流体注入管路与流体注入柱塞泵连接。
12.通过上述结构设置，试件裂缝面可注入流体，模拟滑溜水、线性胶和钻井液等不同类型流体对岩石裂缝面的润湿作用和流体压力变化对裂缝面摩擦系数的影响。利用柱塞泵可以方便地将流体注入试件的裂缝面，以便于模拟流体与储层裂缝面相互作用对裂缝面的摩擦运移的影响。
13.更进一步地，在一个优选的实施方式中，与流体注入柱塞泵连接的流体注入管路上设有溢流阀。
14.通过设置溢流阀，能够有效控制裂缝面中的流体压力，便于更加精确地模拟孔隙压力和流体对裂缝面的润滑作用以及对裂缝面摩擦运移和摩擦系数的影响。
15.进一步地，在一个优选的实施方式中，上部试件和下部试件上除裂缝面以外的位置、上部固定盘上与上部试件接触的位置以及下部装载盘和围压加载活塞上与下部试件接触的位置均涂抹密封胶，侧面固定挡板上设有密封橡胶片。
16.通过上述密封结构的设置，能够极大程度上确保整个实验装置的密封性能，从而确保流体控制压力的加载。
17.进一步地，在一个优选的实施方式中，下部试件相对上部试件沿水平方向滑移的位移不大于20mm。
18.为了进一步保证流体的密封性能，下部试件相对上部试件单一方向的摩擦滑移的极限位移距离设置为20mm，以避免试件装载腔的密封性降低。
19.进一步地，在一个优选的实施方式中，法向应力加载活塞的连接杆上设有能够与法向应力加载垫块卡接的卡槽，侧面固定挡板上设有用于布置围压加载活塞的安装凹槽。
20.通过上述具体的安装结构，使得整个装置在实验过程中便于安装，且结构稳定可靠。
21.进一步地，在一个优选的实施方式中，上部试件和下部试件上的裂缝面位置均涂抹预设厚度的胶结材料。
22.在裂缝面涂抹预设厚度的脆性环氧树脂或其他胶结材料，待胶自然风干后再进行实验测试，可以模拟不同裂缝面强度对裂缝摩擦滑移的影响。
23.根据本发明第二方面的用于测定页岩裂缝摩擦系数的系统，包括上述所述的装置、安装框架、处理单元和操作单元。其中，下部装载盘的底部设有滑移滚轮，安装框架上设有便于所述滑移滚轮滑动的滑轨，安装框架上还设有法向力加载支撑框架，法向应力加载活塞与法向力加载支撑框架连接。上述所述的装置上分别设有用于测量裂缝摩擦滑移方向和法向位移的位移测量装置，操作单元分别与处理单元和位移测量装置电性连接，处理单元与上述所述装置电性连接。
24.根据本发明的用于测定页岩裂缝摩擦系数的系统，由于采用了上述所述的用于测定页岩裂缝往复摩擦系数的装置，以及与处理单元、操作单元和位移测量装置的互相配合下，能够自动控制装置内的各个活塞运动和泵注液或排液，并能够实时精准地获得测试数据。并且上述所述的装置通过在安装框架上进行滑移操作，整个操作过程简单便捷，稳定可靠，能够研究法向应力和围压变化条件下的裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化特征，还可以模拟裂缝面单次摩擦运移条件下的摩擦系数，也可进行裂缝面多次循环往复运动过程中裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化，研究裂缝面往复摩擦运动对裂缝面摩擦系数的影响，试件裂缝面可注入流体，模拟滑溜水、线性胶和钻井液等不同类型流体对岩石裂缝面的润湿作用和流体压力变化对裂缝面摩擦系数的影响，可进行页岩、致密砂岩、煤岩等各种类型岩石条件的裂缝面的摩擦系数，模拟结果可为井壁稳定、压裂改造等提供基础数据和支撑。
25.根据本发明第三方面的用于测定页岩裂缝摩擦系数的方法，采用上述所述的系统实施，具体包括如下步骤：s01、实验校准：利用标准钢块试件根据预设实验条件进行标准化测试，获得不同法向应力条件下的极限摩擦滑移应力，利用不同法向应力与极限摩擦滑移应力的关系进行拟合，获得标准钢块试件在预设实验条件下法向应力与极限摩擦滑移应力的关系式：
26.f1＝α
·
σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
27.其中，f1为实验仪器轨道的极限摩擦滑移应力，α为摩擦系数，σ为法向应力。s02、加工上试件和下试件，实验前进行裂缝面形状激光扫描测试，明确裂缝面的粗糙程度。s03、依次完成所述用于测定页岩裂缝往复摩擦系数的装置及系统的组装。s04、通过操作单元按照预设实验参数依次进行裂缝面法向应力、围压和流体压力加载：在操作单元内置的实验操作软件中依次进行法向应力、围压和裂缝面孔隙压力的加载，并且通过控制单元依次控制法向力加载活塞、围压加载活塞、流体注入柱塞泵动作完成加载获得裂缝面摩擦极限应力；其中，法向应力大于围压，围压大于裂缝面孔隙压力。s05、通过操作单元按照预设实验参数依次进行裂缝面摩擦运动对裂缝面摩擦滑移和摩擦系数的影响测试：在操作单元内置的实验操作软件中设定滑移推动活塞的循环往复次数、单次摩擦滑移距离、与滑移推动活塞连接的液压注入泵的流量，通过控制单元控制液压注入泵驱动滑移推动活塞进行往复摩擦移动；通过试验操作软件记录裂缝面法向应力、围压、剪切滑移应力、裂缝面孔隙压力、滑移距离。s06、实验测试完成后，利用三维激光扫描仪器进行裂缝面的扫描；分析试件裂缝面的情况。s07、计算实验结果：根据步骤s05中获得的法向应力条件下的裂缝面摩擦极限应力f和在步骤s01中获得的实验仪器轨道的极限摩擦滑移应力f1计算试件裂缝面的摩擦系数μ，具体计算公式为：
28.29.显然，根据本发明的用于测定页岩裂缝摩擦系数的方法，由于采用了上述所述的系统实施，整个实验操作过程极其简单便捷，稳定可靠，测试结果精准，可进行往复摩擦运动条件下的实验测试，确定裂缝面切向的运动位移和摩擦力，分析裂缝面摩擦系数变化特征。利用实验系统可模拟页岩、煤岩等各种类型岩石条件的裂缝面的摩擦系数，模拟结果可为储层岩石力学特征、钻井井壁稳定、压裂改造天然裂缝摩擦滑移分析等提供基础数据和支撑。
30.相比现有技术，本发明的优点在于：1、可考虑裂缝面法向应力和围压对裂缝面摩擦系数的影响，研究法向应力和围压变化条件下的裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化特征；2、裂缝面可注入流体，模拟滑溜水、线性胶和钻井液等不同类型流体对岩石裂缝面的润湿作用和流体压力变化对裂缝面摩擦系数的影响；3、两端安装两套摩擦滑移推动活塞，既可模拟裂缝面单次摩擦运移条件下的摩擦系数，也可进行裂缝面多次循环往复运动过程中裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化，研究裂缝面往复摩擦运动对裂缝面摩擦系数的影响；4、可进行页岩、致密砂岩、煤岩等各种类型岩石条件的裂缝面的摩擦系数，模拟结果可为井壁稳定、压裂改造等提供基础数据和支撑。
附图说明
31.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
32.图1示意性显示了本发明实施例的用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置的整体结构；
33.图2示意性显示了本发明实施例的用于测定页岩裂缝摩擦系数的系统的整体结构；
34.图3示意性显示了本发明实施例中实验校准法向应力-滑移应力曲线。
具体实施方式
35.下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
36.图1示意性显示了本发明实施例的用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置10的整体结构。图2示意性显示了本发明实施例的用于测定页岩裂缝摩擦系数的系统100。图3示意性显示了本发明实施例中实验校准法向应力-滑移应力曲线。
37.实施例1
38.如图1和图2所示，本发明实施例的用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置10，包括尺寸一致且相对布置的上部试件1和下部试件2、上部固定盘3、下部装载盘102、拉伸连接扣4、法向应力加载活塞5、法向应力加载垫块6、围压加载活塞7、滑移推动活塞8和侧面固定挡板9。其中，上部试件1装载于上部固定盘3内，法向应力加载垫块6布置在上部固定盘3上，法向应力加载活塞5通过连接杆51与法向应力加载垫块6连接。下部试件2装载于下部装载盘102内，侧面固定挡板9布置在下部装载盘102上沿下部试件2长度方向延伸的两侧，围压加载活塞7布置在侧面固定挡板9上。滑移推动活塞8的连接杆81通过拉伸连接扣4布置在下部装载102的其中一端。法向应力加载活塞5、围压加载活塞7和滑移推动活塞8分别与液压注入泵101连接围压加载活塞7上设有围压流体注入孔71。
39.根据本发明实施例的用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置，可考虑裂缝面法向应力和围压对裂缝面摩擦系数的影响，研究法向应力和围压变化条件下的裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化特征，还可以模拟裂缝面单次摩擦运移条件下的摩擦系数，可进行页岩、致密砂岩、煤岩等各种类型岩石条件的裂缝面的摩擦系数，模拟结果可为井壁稳定、压裂改造等提供基础数据和支撑。
40.如图1所示，优选地，在本实施例中，滑移推动活塞8布置在下部装载盘102的两端。通过上述设置方式，本发明的装置可进行裂缝面单次摩擦滑移和多次循环往复摩擦滑移，从而可以模拟在不同法向应力、围压和裂缝面孔隙压力共同作用下的岩石裂缝面单次摩擦滑移和多次循环摩擦滑移运动，进一步获得裂缝面的摩擦系数及变化规律，研究裂缝面往复摩擦运动对裂缝面摩擦系数的影响。
41.如图1和图2所示，进一步地，在本实施例中，装置10还包括布置在下部装载盘102上且能够与上部试件1和下部试件2之间形成的裂缝连通的流体注入管路103，流体注入管路103布置在裂缝的两端，流体注入管路103与裂缝面基本持平。位于裂缝其中一端的流体注入管路103与流体注入柱塞泵104连接。通过上述结构设置，试件裂缝面可注入流体，模拟滑溜水、线性胶和钻井液等不同类型流体对岩石裂缝面的润湿作用和流体压力变化对裂缝面摩擦系数的影响。利用柱塞泵可以方便地将流体注入试件的裂缝面，以便于模拟流体与储层裂缝面相互作用对裂缝面的摩擦运移的影响。实验流体可为清水、钻井液、滑溜水、线性胶等，油气田开发过程中进入储层的各种入井流体均可为实验流体。更进一步地，在本实施例中，与流体注入柱塞泵104连接的流体注入管路103上设有3.0～5.0mpa的溢流阀。通过设置溢流阀，能够有效控制裂缝面中的流体压力，便于更加精确地模拟孔隙压力和流体对裂缝面的润滑作用以及对裂缝面摩擦运移和摩擦系数的影响。
42.进一步地，在本实施例中，上部试件1和下部试件2上的裂缝面位置均涂抹预设厚度的脆性胶结材料。在裂缝面涂抹预设厚度的环氧树脂或其他胶结材料，待胶自然风干后再进行实验测试，可以模拟不同裂缝面强度对裂缝摩擦滑移的影响。
43.进一步地，在本实施例中，上部试件1和下部试件2上除裂缝面以外的位置、上部固定盘3上与上部试件1接触的位置以及下部装载盘102和围压加载活塞7上与下部试件102接触的位置均涂抹密封胶，侧面固定挡板9上设有密封橡胶片91。通过上述密封结构的设置，能够极大程度上确保整个实验装置的密封性能，从而确保流体控制压力的加载。进一步地，在本实施例中，下部试件2相对上部试件1沿水平方向滑移的位移不大于20mm。为了进一步保证流体的密封性能，下部试件相对上部试件单一方向的摩擦滑移的极限位移距离设置为20mm，以避免试件装载腔的密封性降低。
44.具体地，在本实施例中，法向应力加载活塞5的连接杆51上设有能够与法向应力加载垫块6卡接的长方体卡槽，实验过程中，法向应力加载垫块6能够卡入卡槽中固定上部固定盘3，确保实验过程中上部固定盘不会发生水平方向的位移。侧面固定挡板9上设有用于布置围压加载活塞7的安装凹槽，围压加载活塞5为长方体，长度为200mm、高度为100mm、厚度为20mm，围压加载活塞5通过液压注入泵101的注液与排液实现进行围压的加载与卸载。通过上述具体的安装结构，使得整个装置在实验过程中便于安装，且结构稳定可靠。
45.具体地，在本实施例中，如图1所示，拉伸连接扣4上设有固定楔孔41，滑移推动活塞8的连接杆与拉伸连接扣4榫卯连接，并通过固定螺杆插入固定楔孔41中进一步固定，从
而使得整个实验系统更加稳定可靠。
46.具体地，在本实施例中，试件为长方体，试件总长度200mm、宽度和高度100mm，试件由上下部分组成，中间为摩擦裂缝面，上下两部分试件的尺寸基本一致，高度约50mm。实验试件加工有3种方式：(1)长度200mm、宽度和高度为100mm的长方体实验试件，试件装载至本发明实施例的装置中后进行剪切破坏，形成适合本发明实施例的装置的实验试件；(2)长度200mm、宽度和高度为100mm的长方体，采用其他剪切试验机或者其他力学仪器将试件劈开形成适合本发明实施例的装置的试件，试件高度方向的中心位置形成裂缝面。(3)通过线切割加工成长度200mm、宽度100mm、高度50mm的试件，然后组装成高度100mm实验试件，研究平整裂缝面条件下的摩擦运移。
47.实施例2
48.如图2所示，本发明实施例的用于测定页岩裂缝摩擦系数的系统100，包括上述所述的装置10、安装框架20、处理单元30和操作单元40。其中，下部装载盘102的底部设有滑移滚轮104，安装框架20的安装桌面201上设有便于滑移滚轮105滑动的水平运移滑轨，安装框架20上还设有法向力加载支撑框架202和支腿203，法向应力加载活塞5与法向力加载支撑框架202连接，支腿203均匀间隔布置在安装桌面201的底部。上述所述的装置10上分别设有用于测量裂缝摩擦滑移方向和法向位移的位移传感器50，操作单元40分别与处理单元30和位移传感器50电性连接，处理单元30分别与上述所述装置10中的液压注入泵101和流体注入柱塞泵104电性连接。
49.根据本发明的用于测定页岩裂缝摩擦系数的系统，由于采用了上述所述的用于测定页岩裂缝往复摩擦系数的装置，以及与处理单元、操作单元和位移测量装置的互相配合下，能够自动控制装置内的各个活塞的运动和泵注液或排液，并能够实时精准地获得测试数据。并且上述所述的装置通过在安装框架上进行滑移操作，整个操作过程简单便捷，稳定可靠，能够研究法向应力和围压变化条件下的裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化特征，还可以模拟裂缝面单次摩擦运移条件下的摩擦系数，也可进行裂缝面多次循环往复运动过程中裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化，研究裂缝面往复摩擦运动对裂缝面摩擦系数的影响，试件裂缝面可注入流体，模拟滑溜水、线性胶和钻井液等不同类型流体对岩石裂缝面的润湿作用和流体压力变化对裂缝面摩擦系数的影响，可进行页岩、致密砂岩、煤岩等各种类型岩石条件的裂缝面的摩擦系数，模拟结果可为井壁稳定、压裂改造等提供基础数据和支撑。
50.实施例3
51.本发明第三方面的用于测定页岩裂缝摩擦系数的方法，采用上述所述的系统实施，具体包括如下步骤：
52.s01、实验校准：利用标准钢块试件根据预设实验条件进行标准化测试，获得不同法向应力条件下的极限摩擦滑移应力，利用不同法向应力与极限摩擦滑移应力的关系进行拟合，获得标准钢块试件在预设实验条件下法向应力与极限摩擦滑移应力的关系式：
53.f1＝α
·
σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
54.其中，f1为实验仪器轨道的极限摩擦滑移应力，α为摩擦系数，σ为法向应力，如图3所示。
55.s02、加工上试件和下试件，对于各向异性强的岩石，先确定试件的加工方向，然后
利用线切割初步加工试件的毛坯，然后根据实施例1中的加工方式完成试件的加工。
56.s03、依次完成所述用于测定页岩裂缝往复摩擦系数的装置及系统的组装，打开操作单元40、控制单元30、液压注入泵101和流体注入柱塞泵104，待系统稳定后，通过控制单元控制法向应力加载活塞5向上移动，从而带动连接杆51上提至法向应力加载垫块6能够卡入连接杆51上的卡槽中的位置，通过控制单元控制法向应力加载活塞5向下移动直至连接杆51接触法向应力加载垫块6，控制单元控制法向应力加载活塞5由位移控制转变为应力控制，进一步加载1～2mpa的法向应力。
57.s04、通过操作单元按照预设实验参数依次进行裂缝面法向应力、围压和流体压力加载：在操作单元内置的实验操作控制软件中依次进行法向应力、围压和裂缝面孔隙压力的加载，并且通过控制单元依次控制法向力加载活塞、围压加载活塞、流体注入柱塞泵动作完成加载获得裂缝面摩擦极限应力。
58.具体地，首先进行裂缝面法向应力加载，通过操作单元中内置的实验操作控制软件进行法向应力加载控制，依据实验方案将法向应力设置成预设法向应力的1/3，通过实验操作控制软件控制液压注入泵往裂缝面法向应力加载活塞5中注液加压，推动裂缝面法向应力加载活塞向下移动，直至上部试件1上部端面的应力到设计值的1/3停止法向应力加载。然后进行试件围压的加载，通过实验操作控制软件设置围压加载值为设计值的1/3，通过裂缝面法向应力加载控制软件控制液压注入泵进行围压加载至设计值的1/3，待压力稳定后停止围压加载。重复法向应力和围压加载步骤直至设计值，然后通过实验操作控制软件将法向应力和围压通过应力控制，利用液压注入泵进行自动补压或排液降压。法向应力和围压加载完成后，进行裂缝面孔隙压力加载。通过实验操作控制软件设置孔隙压力至设计值、设定出口端的溢流阀的溢流压力值，然后实验操作控制软件控制流体注入柱塞泵通过流体注入管路103进行裂缝面孔隙压力加载。
59.其中，为了保证实验的正常进行和试件装载盒密封性，法向应力大于围压，围压大于裂缝面孔隙压力，摩擦滑移拉伸力可能大于法向应力，也可能小于法向应力，摩擦滑移拉伸力与裂缝面特征和流体孔隙压力等有关。水平方向的液压注入泵的最大加载力为1500kn、法向应力加载力最大为1000kn，围压加载活塞的最大加载应力为20mpa。流体注入柱塞泵的最大流体压力为5.0mpa。
60.s05、通过操作单元按照预设实验参数依次进行裂缝面摩擦运动对裂缝面摩擦滑移和摩擦系数的影响测试：在操作单元内置的实验操作软件中设定滑移推动活塞的循环往复次数、单次摩擦滑移距离、与滑移推动活塞连接的液压注入泵的流量，通过控制单元控制液压注入泵驱动滑移推动活塞进行往复摩擦移动；通过试验操作软件记录裂缝面法向应力、围压、剪切滑移应力、裂缝面孔隙压力、滑移距离。其中，剪切滑移应力为实验过程中的所有剪切方向的应力，包括滑移前的应力。
61.s06、实验测试完成后，利用三维激光扫描仪器进行裂缝面的扫描观察；分析试件裂缝面的情况。
62.s07、计算实验结果：根据步骤s05中获得的法向应力条件下的裂缝面摩擦极限应力f和在步骤s01中获得的实验仪器轨道的极限摩擦滑移应力f1计算试件裂缝面的摩擦系数μ，具体计算公式为：
[0063][0064]
其中，极限摩擦应力f为裂缝产生滑动的最小应力，为剪切滑移应力的某一阶段的值。
[0065]
显然，根据本发明的用于测定页岩裂缝摩擦系数的方法，由于采用了上述所述的系统实施，整个实验操作过程极其简单便捷，稳定可靠，测试结果精准，可进行往复摩擦运动条件下的实验测试，确定裂缝面切向的运动位移和摩擦力，分析裂缝面摩擦系数变化特征。利用实验系统可模拟页岩、煤岩等各种类型岩石条件的裂缝面的摩擦系数，模拟结果可为储层岩石力学特征、钻井井壁稳定、压裂改造天然裂缝摩擦滑移分析等提供基础数据和支撑。
[0066]
根据上述实施例，可见，本发明涉及的用于测定页岩裂缝摩擦系数的装置、系统及方法，可考虑裂缝面法向应力和围压对裂缝面摩擦系数的影响，研究法向应力和围压变化条件下的裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化特征；裂缝面可注入流体，模拟滑溜水、线性胶和钻井液等不同类型流体对岩石裂缝面的润湿作用和流体压力变化对裂缝面摩擦系数的影响；两端安装两套摩擦滑移推动活塞，既可模拟裂缝面单次摩擦运移条件下的摩擦系数，也可进行裂缝面多次循环往复运动过程中裂缝面的摩擦运移和摩擦系数变化，研究裂缝面往复摩擦运动对裂缝面摩擦系数的影响；可进行页岩、致密砂岩、煤岩等各种类型岩石条件的裂缝面的摩擦系数，模拟结果可为井壁稳定、压裂改造等提供基础数据和支撑。
[0067]
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。