CN105675418B - 一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置及其使用方法，所述硬度测试装置包括：腔室,其内部用于放置岩石试样及岩石试样周围的液体介质；施压装置，用于对岩石表面施加压力；升温装置，用于对腔室内的液体介质加热，以调节岩石试样的环境温度；孔隙加压装置，用于向岩石试样内部的孔隙填充介质，使其达到试验设置孔隙压力。本发明是真实模拟油气储层岩石在应力场、温度场、孔压场多场耦合条件下的硬度测试的装置，弥补了现有设备未考虑多场耦合引起的岩石硬度的变化特征，为石油工程钻井提供了更加准确的前期数据，且设备操作简单，性能稳定。

Description

一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置及其使用方法
技术领域
本发明属于油气储层岩石力学试验技术领域，尤其涉及一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置及其使用方法。
背景技术
随着我国对油气资源等能源需求的不断增加，油气缺口也越来越大，为了满足国内能源的供需平衡，石油、天然气开采深度的不断加深，非常规天然气开采也加快步伐。而钻井过程中涉及到的岩石力学也越来越复杂，随着开采深度的增加，地温不断增加，地应力、孔隙压力也不断加大，这些因素对钻井安全性、高效性起到了至关重要的作用。而目前对岩石硬度领域的试验装置仅停留在常温、常压条件下测试，与真实状况下的硬度相差巨大。
发明内容
为克服现有硬度计设备的缺陷，本发明提供了一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置及其使用方法，其是真实模拟油气储层岩石在应力场、温度场、孔压场多场耦合条件下的硬度测试的装置，弥补了现有设备未考虑多场耦合引起的岩石硬度的变化特征，为石油工程钻井提供了更加准确的前期数据，且设备操作简单，性能稳定。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置，包括:
腔室,其内部用于放置岩石试样及岩石试样周围的液体介质，所述液体介质对岩石试样周围提供了一定的围压，围压大小可通过加载液体介质的多少来设定；
施压装置，用于对岩石表面施加压力；
升温装置，用于对腔室内的液体介质加热，以调节岩石试样的环境温度；
孔隙加压装置，用于向岩石试样内部的孔隙填充介质，使其达到试验设置孔隙压力。
作为进一步的优选，所述腔室设置有所述液体介质进口与液体介质出口，所述液体介质为液压油。
作为进一步的优选，还包括围压传感器，用于测量所述液体介质对岩石试样施加的围压压力值。
作为进一步的优选，所述升温装置包括电阻丝和温度传感器，所述电阻丝设置在腔室内部，用于对所述液体介质加热。
作为进一步的优选，所述施压装置包括压力杆，所述压力杆与岩石试样表面接触，对其轴向施压。
作为进一步的优选，所述压力杆设置有压力油进口，向其中充压力油以提供压力使压力杆不断压入岩石，直到试样破坏，停止试验。
作为进一步的优选，所述压力杆轴向方向上分别设置有位移传感器及压力杆应力传感器，所述位移传感器用于测量压力杆的上下位移，所述压力杆应力传感器用于测量施加的压力值。
作为进一步的优选，所述孔隙加压装置包括与岩石表面接触的孔隙压力进口以及孔隙压力传感器，通过所述孔隙压力进口向孔隙中注入介质。
作为进一步的优选，所述介质为气体或者压力油。
作为进一步的优选，所述硬度测试装置还包括伺服系统，其可以保持岩石试样所承受的围压、轴向压力及孔隙压力在整个试验过程中保持恒定。
作为进一步的优选，所述围压传感器、压力杆应力传感器及孔隙压力传感器分别与所述伺服系统连接。
作为进一步的优选，所述岩石试样表面加装热缩管，作用是将岩石与形成围压的液体介质分开。
作为进一步的优选，所述腔室内根据其内结构，按照所需压力的要求进行高压密封。密封位置的选取与密封结构为现有技术。
一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置的使用方法，包括如下步骤：
(1)安装试样：在岩石试样表面加装热缩管，然后将所述岩石试样试样放入腔室内；
(2)试样调整：调整压力杆、位移传感器使它们的尖端均与岩石表面接触，将腔室内信号线连通，然后关闭腔室；
(3)围压加载：打开液体介质进口和出口，从液体介质进口注入液体介质，直到液体介质出口有连续液体介质流出，关闭进口；
(4)升温：利用电阻丝对腔室内液压油加温，根据试验要求加温至指定值即可，此时关闭液体介质出口，达到目标温度后保持温度不变；
(5)孔隙压力加载：根据试验要求，通过孔隙压力进口选择注入介质，使其达到试验设置孔隙压力，孔压通过孔隙压力传感器测试；
(6)轴向加压：试验通过位移控制或者压力控制加载，通过压力杆压力油进口提供压力使压力杆不断压入岩石，直到试样破坏，停止试验，试验过程记录压力杆应力传感器和位移传感器值。
作为进一步的优选，采用伺服系统用于将岩石试样所承受的围压、轴向压力及孔隙压力在整个试验过程中保持恒定,轴向压力通过压力杆应力传感器测试，围压通过围压传感器测试。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种真实模拟油气储层岩石在应力场、温度场、孔压场多场耦合条件下的硬度测试的装置。弥补了现有设备未考虑多场耦合引起的岩石硬度的变化特征，为石油工程钻井提供了更加准确的前期数据。
2、本发明采用伺服系统用于将岩石试样所承受的围压、轴向压力及孔隙压力在整个试验过程中保持恒定,进一步提高了设备的稳定性与测试数据的真实性。
3、本发明硬度测试装置采用的均是常规元件，且装置各元件组合合理，操作简单，性能稳定，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例油气储层岩石多场耦合硬度测试装置的结构示意图。
附图中标记的说明如下：1-腔室、2-试样、3-进油口、4-出油口、5-压力杆、6-压力油进口、7-位移传感器、8-轴向应力传感器、9-电阻丝、10-温度传感器、11-孔隙介质进气(油)口、12-透气(油)石、13-针孔插座、14-高压密封、15-压力杆应力传感器、16-孔隙压力传感器、17-围压传感器。
具体实施方式
本发明通过提供一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置及其使用方法，其是真实模拟油气储层岩石在应力场、温度场、孔压场多场耦合条件下的硬度测试的装置，弥补了现有设备未考虑多场耦合引起的岩石硬度的变化特征，为石油工程钻井提供了更加准确的前期数据，且设备操作简单，性能稳定。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
本申请实施例油气储层岩石多场耦合硬度测试装置，包括:
腔室,其内部用于放置岩石试样及岩石试样周围的液体介质，所述液体介质对岩石试样周围提供了一定的围压，围压大小可通过加载液体介质的多少来设定；
施压装置，用于对岩石表面施加压力；
升温装置，用于对腔室内的液体介质加热，以调节岩石试样的环境温度；
孔隙加压装置，用于向岩石试样内部的孔隙填充介质，使其达到试验设置孔隙压力。
所述腔室设置有所述液体介质进口与液体介质出口，所述液体介质为液压油。
还包括围压传感器，用于测量所述液体介质对岩石试样施加的围压压力值。
所述升温装置包括电阻丝和温度传感器，所述电阻丝设置在腔室内部，用于对所述液体介质加热。
所述施压装置包括压力杆，所述压力杆与岩石试样表面接触，对其轴向施压。所述压力杆设置有压力油进口，向其中充压力油以提供压力使压力杆不断压入岩石，直到试样破坏，停止试验。
所述压力杆轴向方向上分别设置有位移传感器及压力杆应力传感器，所述位移传感器用于测量压力杆的上下位移，所述压力杆应力传感器用于测量施加的压力值。
所述孔隙加压装置包括与岩石表面接触的孔隙压力进口以及孔隙压力传感器，通过所述孔隙压力进口向孔隙中注入介质。所述介质为气体或者压力油。
所述硬度测试装置还包括伺服系统，其可以保持岩石试样所承受的围压、轴向压力及孔隙压力在整个试验过程中保持恒定。所述围压传感器、压力杆应力传感器及孔隙压力传感器分别与所述伺服系统连接。
所述岩石试样表面加装热缩管，作用是将岩石与形成围压的液体介质分开。
所述腔室内根据其内结构，按照所需压力的要求进行高压密封。密封位置的选取与密封结构为现有技术。
本申请实施例油气储层岩石多场耦合硬度测试装置的使用方法，包括如下步骤：
(1)安装试样：在岩石试样表面加装热缩管，然后将所述岩石试样放入腔室内；
(2)试样调整：调整压力杆、位移传感器使它们的尖端均与岩石表面接触，将腔室内信号线连通，然后关闭腔室；
(3)围压加载：打开液体介质进口和出口，从液体介质进口注入液体介质，直到液体介质出口有连续液体介质流出，关闭进口；
(4)升温：利用电阻丝对腔室内液压油加温，根据试验要求加温至指定值即可，此时关闭液体介质出口，达到目标温度后保持温度不变；
(5)孔隙压力加载：根据试验要求，通过孔隙压力进口选择注入介质，使其达到试验设置孔隙压力，孔压通过孔隙压力传感器测试；
(6)轴向加压：试验通过位移控制或者压力控制加载，通过压力杆压力油进口提供压力使压力杆不断压入岩石，直到试样破坏，停止试验，试验过程记录压力杆应力传感器和位移传感器值。轴向压力通过压力杆应力传感器测试，围压通过围压传感器测试。
实施例1：
如图1所述，本申请实施例1油气储层岩石多场耦合硬度测试装置，包括腔室1、试样2、进油口(液体介质进口)3、出油口(液体介质出口)4、压力杆5、压力油进口6、位移传感器7、轴向应力传感器8、高温电阻丝9、温度传感器10、孔隙介质进气(油)口11、透气(油)石12、针孔插座13、高压密封14、压力杆应力传感器15、孔隙压力传感器16以及围压传感器17等。
本申请实施例1油气储层岩石多场耦合硬度测试装置的使用方法包括如下步骤：
(1)装试样：将油气储层岩石加工成直径50mm、高度25mm圆柱形试样2，在试样2外面加装热缩管(作用是将岩石与围压里面的油分开)，然后将试样2放入三轴腔室1内。
(2)调整压力杆5、位移传感器7使它们的尖端均与岩石试样2表面接触，将三轴腔室1内信号线针孔插座13连上，然后扣上三轴腔室1。
(3)打开进油口3和出油口4，从进油口3注入10号航空液压油，直到出油口4有连续液压油流出，关闭进油口3。
(4)加温：利用高温电阻丝9对三轴腔室1内液压油加温，根据试验要求加温至指定值即可，此时关闭出油口4。装置采用的是恒温系统，设定好温度后，温度会保持不变。
(5)三向的应力加载：通过进油口3对围压进行加载，通过轴向压力杆5对轴压进行加载至指定的应力即可，采用伺服系统可以保持三向的应力在整个试验过程中保持恒定,轴向压力通过压力杆应力传感器15测试，围压通过围压传感器17测试。
(6)孔隙压力加载：根据试验要求，通过孔隙压力进气(油)口11选择注入气体或者压力油，使其达到试验设置孔隙压力，孔压通过孔隙压力传感器16测试。
(7)试验通过位移控制或者压力控制加载，通过压力杆压力油进口6提供压力使压力杆5不断压入岩石，直到试样破坏，停止试验，试验过程记录压力杆应力传感器15和位移传感器7值。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
1、本发明提供了一种真实模拟油气储层岩石在应力场、温度场、孔压场多场耦合条件下的硬度测试的装置。弥补了现有设备未考虑多场耦合引起的岩石硬度的变化特征，为石油工程钻井提供了更加准确的前期数据。
2、本发明采用伺服系统用于将岩石试样所承受的围压、轴向压力及孔隙压力在整个试验过程中保持恒定,进一步提高了设备的稳定性与测试数据的真实性。
3、本发明硬度测试装置采用的均是常规元件，且装置各元件组合合理，操作简单，性能稳定，成本低。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种油气储层岩石多场耦合硬度测试装置，其特征在于：所述硬度测试装置包括:
腔室,其内部用于放置岩石试样及岩石试样周围的液体介质，所述液体介质对岩石试样周围提供围压；
施压装置，用于对岩石表面施加压力；
升温装置，用于对腔室内的液体介质加热，以调节岩石试样的环境温度；
孔隙加压装置，用于向岩石试样内部的孔隙填充介质，使其达到试验设置的孔隙压力；
还包括围压传感器，用于测量所述液体介质对岩石试样施加的围压压力值；
所述施压装置包括压力杆，所述压力杆与岩石试样表面接触，对所述岩石试样轴向施压；所述压力杆设置有压力油进口，向其中充压力油以提供压力使压力杆不断压入岩石；
所述压力杆轴向方向上分别设置有位移传感器及压力杆应力传感器，所述位移传感器用于测量压力杆的上下位移，所述压力杆应力传感器用于测量施加的压力值；
所述孔隙加压装置包括与岩石表面接触的孔隙压力进口以及孔隙压力传感器，所述孔隙压力进口注入介质到孔隙中，所述介质为气体或者压力油；
所述硬度测试装置还包括伺服系统，所述围压传感器、压力杆应力传感器及孔隙压力传感器分别与所述伺服系统连接；所述伺服系统用于将岩石试样所承受的围压、轴向压力及孔隙压力在整个试验过程中保持恒定；
所述腔室设置有所述液体介质进口与液体介质出口，所述介质为液压油；
所述升温装置包括电阻丝和温度传感器，所述电阻丝设置在腔室内部，用于对所述液体介质加热；
所述岩石试样表面加装热缩管。
2.如权利要求1所述的油气储层岩石多场耦合硬度测试装置的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括：
在岩石试样表面加装热缩管，将所述岩石试样放入腔室内；
调整压力杆、位移传感器使它们的尖端均与岩石表面接触，将腔室内信号线连通，关闭腔室；
打开液体介质进口和液体介质出口，从液体介质进口注入液体介质，直到液体介质出口有连续液体介质流出，关闭液体介质进口；
利用电阻丝对腔室内液体介质加温，根据试验要求加温至指定值，此时关闭液体介质出口，达到目标温度后保持温度不变；
通过孔隙压力进口注入介质，使其达到试验设置孔隙压力，孔压通过孔隙压力传感器测试；
试验通过位移控制或者压力控制加载，通过压力杆压力油进口提供压力使压力杆不断压入岩石，直到试样破坏，停止试验，试验过程记录压力杆应力传感器值和位移传感器值。
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