CN105259036A - 地层岩石力学参数的测量方法 - Google Patents
地层岩石力学参数的测量方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例提供了一种地层岩石力学参数的测量方法，该方法包括：将符合试验标准的单块岩心试样固定在三轴试验机中，对岩心试样施加围压；将高压腔内的温度提升至第一温度值；对岩心试样加载轴压过程中，记录岩心试样的应力应变曲线图；将高压腔内的温度从第一温度值依照顺序降低到多个温度值中除了第一温度值之外的其他各温度值，得到岩心试样在各温度值下的应力应变曲线图；根据岩心试样在多个温度值下的应力应变曲线图，计算岩心试样的力学参数。该方案通过对单块岩心试样逐级降温可以获取单个岩样多个温度点上岩心试样的多组力学参数，最大程度避免岩心力学性质非均质的影响，还可将现有岩心资源利用最大化。
Description
技术领域
本发明涉及石油开发技术领域，特别涉及一种地层岩石力学参数的测量方法。
背景技术
随着国内油气田开发的不断发展，以及海外业务的不断扩大，对国内外特种油藏开发技术要求越来越高，全面了解和掌握在不同温度条件下地层岩石的力学参数，对确定油气田开发方案、指导现场施工提供重要依据。尤其对于油砂热采工艺，了解不同温度下岩石的力学响应是极为重要的。
现今，受全球化大趋势的影响，我国需要对海外及特种油藏开发日益重视。在海外油气开采及特种油藏开发过程中，由于工艺需要，特别是油砂热采过程中，所面对的温度环境越来越复杂，底层受温度影响较大，岩石在不同温度下的力学响应难以准确预测，而实验室获取的常温条件下利用标准尺寸岩心直接测量出来的岩石力学参数不能满足实际情况的要求，因此，需要针对不同温度条件下进行试验。但是在岩心样品难以大量获取，仅有少量岩心可供实验的条件下，获取多个温度点上岩心的多组力学参数往往是难以实现的，而单组数据往往很难全面反映出温度作用下地层的真实力学响应。
发明内容
本发明实施例提供了一种地层岩石力学参数的测量方法，以在获取多个温度点上岩心的多组力学参数，同时将现有岩心资源利用最大化。该方法包括：将符合试验标准的单块岩心试样固定在三轴试验机中，对所述岩心试样施加与所述岩心试样所处地层深度相对应的围压；将高压腔内的温度提升至第一温度值，其中，所述第一温度值是需要试验的多个温度值中的最高温度值；按照预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，在加载轴压过程中，记录所述岩心试样的应力应变曲线图，得到所述岩心试样在所述第一温度值下的应力应变曲线图；按照所述多个温度值由高到低的顺序，依次将高压腔内的温度降低到所述多个温度值中除了所述第一温度值之外的其他各温度值，在各温度值下，按照所述预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，得到所述岩心试样在各温度值下的应力应变曲线图；根据所述岩心试样在所述多个温度值下的应力应变曲线图，计算所述岩心试样的力学参数。
在一个实施例中，按照预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，包括：采用MTS电液伺服系统，按照所述预设加载速率对所述岩心试样加载轴压。
在一个实施例中，所述预设加载速率为0.0035毫米每分钟。
在一个实施例中，依次将高压腔内的温度降低到所述多个温度值中除了所述第一温度值之外的其他各温度值，包括：实时计算当前温度值下应力应变曲线图中体积应力应变曲线的斜率；在体积应力应变曲线的斜率达到预设值时，停止在当前温度值下对所述岩心试样加载轴压，将高压腔内的温度降低到下一温度值。
在一个实施例中，所述预设值是体积应力应变曲线的斜率与体积应变轴的夹角成90度时的斜率。
在一个实施例中，在体积应力应变曲线的斜率达到预设值时，停止在当前温度值下对所述岩心试样加载轴压，将高压腔内的温度降低到下一温度值，包括：在体积应力应变曲线的斜率达到所述预设值时，停止在当前温度值下对所述岩心试样加载轴压，确定所述岩心试样未破裂后，将高压腔内的温度降低到下一温度值。
在一个实施例中，所述多个温度值均匀分布在需要试验的温度区间内。
在一个实施例中，所述岩心试样的力学参数至少包括以下参数之一：弹性模量、泊松比以及抗压强度。
在本发明实施例中，通过将单块岩心试样固定在三轴试验机中，并对岩心试样施加相应的围压后，先将温度提升到需要试验的最高温度值，在最高温度值下对岩心试样施加轴压，获得最高温度值下的应力应变曲线图，通过间歇降温的方式再将温度依次降低到需要试验的各温度值下，在各温度值下，对岩心试样施加轴压，获得各温度值下的应力应变曲线图，进而可以根据应力应变曲线图计算岩心试样的力学参数。实现了在岩心样品难以大量获取，仅有少量岩心可供试验的条件下，通过对单块岩心试样逐级降温可以获取单个岩心试样多个温度点上岩心试样的多组力学参数，最大程度避免岩心力学性质非均质的影响，还可将现有岩心资源利用最大化。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种地层岩石力学参数的测量方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种岩心试样在150摄氏度条件下的应力应变曲线示意图；
图3是本发明实施例提供的一种岩心试样在不同温度值下的应力应变曲线示意图；
图4是本发明实施例提供的一种具体的地层岩石力学参数的测量方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在本发明实施例中，提供了一种地层岩石力学参数的测量方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101：将符合试验标准的单块岩心试样固定在三轴试验机中，对所述岩心试样施加与所述岩心试样所处地层深度相对应的围压；
步骤102：将高压腔内的温度提升至第一温度值，其中，所述第一温度值是需要试验的多个温度值中的最高温度值；
步骤103：按照预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，在加载轴压过程中，记录所述岩心试样的应力应变曲线图，得到所述岩心试样在所述第一温度值下的应力应变曲线图；
步骤104：按照所述多个温度值由高到低的顺序，依次将高压腔内的温度降低到所述多个温度值中除了所述第一温度值之外的其他各温度值，在各温度值下，按照所述预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，得到所述岩心试样在各温度值下的应力应变曲线图；
步骤105：根据所述岩心试样在所述多个温度值下的应力应变曲线图，计算所述岩心试样的力学参数。
由图1所示的流程可知，在本发明实施例中，通过将单块岩心试样固定在三轴试验机中，并对该单块岩心试样施加相应的围压后，先将温度提升到需要试验的最高温度值(该地层岩石力学参数的测量方法可以满足高温条件下的测量，例如，180摄氏度以上的高温下的力学参数测量)，在最高温度值下对岩心试样施加轴压，获得最高温度值下的应力应变曲线图，通过间歇降温的方式再将温度从最高温度值依次降低到需要试验的各温度值下，在各温度值下，对该单块岩心试样施加轴压，获得各温度值下的应力应变曲线图，进而可以根据应力应变曲线图计算岩心试样的力学参数。实现了在岩心样品难以大量获取，仅有少量岩心可供试验的条件下，通过对单块岩心试样逐级降温可以获取单个岩心试样多个温度点上岩心试样的多组力学参数，最大程度避免岩心力学性质非均质的影响，还可将现有岩心资源利用最大化。
具体实施时，为了获取各温度值下的应力应变曲线图，在确保应力应变曲线图精度的同时不损坏岩心试样，在本实施例中，采用间歇降温的方式依次将高压腔内的温度降低到所述多个温度值中除了所述第一温度值之外的其他各温度值，包括：实时计算当前温度值下应力应变曲线图中体积应力应变曲线的斜率；在体积应力应变曲线的斜率达到预设值时，停止在当前温度值下对所述岩心试样加载轴压，将高压腔内的温度降低到下一温度值，直至岩心试样破裂。例如，当前温度值为150摄氏度，在150摄氏度下对岩心试样加载轴压的过程中，实时计算体积应力应变曲线的斜率，岩心试样的轴向应力应变曲线A和体积应力应变曲线B如图2所示(纵轴为应力，横轴为应变对象，例如体积应变)，在体积应力应变曲线的斜率达到预设值时，具体的，为了确保不损坏岩心试样，该预设值可以是体积应力应变曲线的斜率与体积应变轴的夹角成90度时的斜率，即利用体积应变作为判别条件，在体积应力应变曲线的斜率与体积应变轴的夹角成90度时，停止在150摄氏度下对岩心试样加载轴压，实际操作中，在确定所述岩心试样未破裂后，将高压腔内的温度降低到下一温度值，在下一温度值下继续对岩心试样加载轴压，获得下一温度值下的应力应变曲线图，进而得到上述多个温度值下的应力应变曲线，例如，如图3所示(纵轴为应力，横轴为应变对象，例如体积应变)，得到温度值分别为150摄氏度、100摄氏度以及50摄氏度下的轴向应力应变曲线A和体积应力应变曲线B。
具体实施时，在对岩心试样加载轴压的过程中，为了可以获取准确的应力应变曲线数据，同时确保不损坏岩心试样，在本实施例中，按照预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，包括：采用MTS电液伺服系统，按照所述预设加载速率对所述岩心试样加载轴压。具体的，所述预设加载速率可以为0.0035毫米每分钟。
具体实施时，为了提高测得的应力应变曲线数据的精度，在本实施例中，所述多个温度值均匀分布在需要试验的温度区间内。即在进行测量试验时，可以将需要试验的温度区间均分为多个温度段，将各温度段的端点温度确定为需要试验的多个温度值。例如，需要试验的温度区间为150℃至50℃，则可以均分为150℃-100℃和100℃-50℃两个温度段，即将150℃、100℃以及50℃三个温度值确定为需要进行试验的温度值。
具体实施时，上述岩心试样的力学参数至少包括以下参数之一：弹性模量、泊松比以及抗压强度。得到各温度值下的应力应变曲线后，就可以按照现有的定义方法，根据应力应变曲线计算各力学参数，例如，应力应变曲线的斜率即为弹性模量。
以下结合具体示例来详细描述地层岩石力学参数的测量方法，岩心试样以泥页岩岩心为例，主要测量150℃、100℃和50℃这三个温度下的岩石力学参数，实验过程主要包括岩心试件的安装、降温、加载、卸载记录等，实验过程中每块岩心的加载和卸载速率保持不变，进行单轴加载。具体的，如图4所示，该方法包括以下步骤：
步骤401：利用已有三轴试验机安装固定标准岩心试件，根据岩心试样所处地层深度，将围压提升至与岩心试样所处地层深度相应的数值；
步骤402：将高压腔内温度提甚至150℃，应用MTS电液伺服系统对岩心试样加载轴压，控制位移加载速率为0.0035mm/min；
步骤403：应用MTS电液伺服系统对岩心试样加载轴压的过程中，观察应力应变曲线图中的体积应变曲线，记录加载过程中的应力和变形数据及相关曲线图，并实时测量计算体积应变曲线斜率变化，判断岩心试样是否破裂，且体积应力应变曲线的斜率与应变轴夹角是否为90°，若岩心试样未破裂且体积应力应变曲线的斜率与应变轴夹角为90°，则转入步骤404，若岩心试样未破裂且体积应力应变曲线的斜率与应变轴夹角不为90°，则转入步骤402，继续对岩心试样加载轴压；
步骤404：停止对岩心试样加载轴压，记录在150℃下对岩心试样加载轴压过程中的应力和变形数据及相关曲线图，如图2所示，对所得测试曲线进行处理获得150摄氏度条件下弹性模量和泊松比等岩石力学参数，例如，体积应力应变曲线段斜率即为弹性模量；
步骤405：将高压腔内温度降低至100℃，应用MTS电液伺服系统对岩心试样加载轴压，控制位移加载速率为0.0035mm/min；
步骤406：应用MTS电液伺服系统对岩心试样加载轴压的过程中，观察应力应变曲线图中的体积应变曲线，记录加载过程中的应力和变形数据及相关曲线图，并实时测量计算体积应变曲线斜率变化，判断岩心试样是否破裂，且体积应力应变曲线的斜率与应变轴夹角是否为90°，若岩心试样未破裂且体积应力应变曲线的斜率与应变轴夹角为90°，则转入步骤407，若岩心试样未破裂且体积应力应变曲线的斜率与应变轴夹角不为90°，则转入步骤405，继续对岩心试样加载轴压；
步骤407：停止对岩心试样加载轴压，记录在100℃下对岩心试样加载轴压过程中的应力和变形数据及相关曲线图，如图3所示，对所得测试曲线进行处理获得100摄氏度条件下弹性模量和泊松比等岩石力学参数，例如，体积应力应变曲线段斜率即为弹性模量；
步骤408：将高压腔内温度降低至50℃，应用MTS电液伺服系统对岩心试样加载轴压，记录在50℃下对岩心试样加载轴压过程中的应力和变形数据及相关曲线图，根据实际测量需要，可以重复步骤405至407，获得T3、T4···Tn温度条件下实验数据，直至达到岩心试样的抗压强度，岩心试样破坏；
步骤409：岩心试样破裂实验结束。
在本发明实施例中，通过将单块岩心试样固定在三轴试验机中，并对岩心试样施加相应的围压后，先将温度提升到需要试验的最高温度值，在最高温度值下对岩心试样施加轴压，获得最高温度值下的应力应变曲线图，通过间歇降温的方式再将温度依次降低到需要试验的各温度值下，在各温度值下，对岩心试样施加轴压，获得各温度值下的应力应变曲线图，进而可以根据应力应变曲线图计算岩心试样的力学参数。实现了在岩心样品难以大量获取，仅有少量岩心可供试验的条件下，通过对单块岩心试样逐级降温可以获取多个温度点上岩心试样的多组力学参数，同时将现有岩心资源利用最大化。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种地层岩石力学参数的测量方法，其特征在于，包括：
将符合试验标准的单块岩心试样固定在三轴试验机中，对所述岩心试样施加与所述岩心试样所处地层深度相对应的围压；
将高压腔内的温度提升至第一温度值，其中，所述第一温度值是需要试验的多个温度值中的最高温度值；
按照预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，在加载轴压过程中，记录所述岩心试样的应力应变曲线图，得到所述岩心试样在所述第一温度值下的应力应变曲线图；
按照所述多个温度值由高到低的顺序，依次将高压腔内的温度降低到所述多个温度值中除了所述第一温度值之外的其他各温度值，在各温度值下，按照所述预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，得到所述岩心试样在各温度值下的应力应变曲线图；
根据所述岩心试样在所述多个温度值下的应力应变曲线图，计算所述岩心试样的力学参数。
2.如权利要求1所述的地层岩石力学参数的测量方法，其特征在于，按照预设加载速率对所述岩心试样加载轴压，包括：
采用MTS电液伺服系统，按照所述预设加载速率对所述岩心试样加载轴压。
3.如权利要求1所述的地层岩石力学参数的测量方法，其特征在于，所述预设加载速率为0.0035毫米每分钟。
4.如权利要求1至3中任一项所述的地层岩石力学参数的测量方法，其特征在于，依次将高压腔内的温度降低到所述多个温度值中除了所述第一温度值之外的其他各温度值，包括：
实时计算当前温度值下应力应变曲线图中体积应力应变曲线的斜率；
在体积应力应变曲线的斜率达到预设值时，停止在当前温度值下对所述岩心试样加载轴压，将高压腔内的温度降低到下一温度值。
5.如权利要求4所述的地层岩石力学参数的测量方法，其特征在于，所述预设值是体积应力应变曲线的斜率与体积应变轴的夹角成90度时的斜率。
6.如权利要求4所述的地层岩石力学参数的测量方法，其特征在于，在体积应力应变曲线的斜率达到预设值时，停止在当前温度值下对所述岩心试样加载轴压，将高压腔内的温度降低到下一温度值，包括：
在体积应力应变曲线的斜率达到所述预设值时，停止在当前温度值下对所述岩心试样加载轴压，确定所述岩心试样未破裂后，将高压腔内的温度降低到下一温度值。
7.如权利要求1至3中任一项所述的地层岩石力学参数的测量方法，其特征在于，所述多个温度值均匀分布在需要试验的温度区间内。
8.如权利要求1至3中任一项所述的地层岩石力学参数的测量方法，其特征在于，所述岩心试样的力学参数至少包括以下参数之一：弹性模量、泊松比以及抗压强度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |