CN111579374B - 一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法 - Google Patents

一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111579374B
CN111579374B CN202010483850.7A CN202010483850A CN111579374B CN 111579374 B CN111579374 B CN 111579374B CN 202010483850 A CN202010483850 A CN 202010483850A CN 111579374 B CN111579374 B CN 111579374B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rock
particle size
heterogeneity
test piece
quartz sand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010483850.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111579374A (zh
Inventor
段抗
王路超
张强勇
姜日华
李雪剑
周新宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202010483850.7A priority Critical patent/CN111579374B/zh
Publication of CN111579374A publication Critical patent/CN111579374A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111579374B publication Critical patent/CN111579374B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12Pressure testing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/286Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q involving mechanical work, e.g. chopping, disintegrating, compacting, homogenising
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/36Embedding or analogous mounting of samples
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38Diluting, dispersing or mixing samples
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/36Embedding or analogous mounting of samples
    • G01N2001/366Moulds; Demoulding
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014Type of force applied
    • G01N2203/0016Tensile or compressive
    • G01N2203/0017Tensile
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014Type of force applied
    • G01N2203/0016Tensile or compressive
    • G01N2203/0019Compressive
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003Generation of the force
    • G01N2203/0042Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048Hydraulic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/025Geometry of the test
    • G01N2203/0252Monoaxial, i.e. the forces being applied along a single axis of the specimen

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明涉及一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法,属于类岩石材料制备领域。包括:测量储层岩石非均质性、粒径分布情况及力学参数;分析颗粒粒径配比程度对储层岩石非均质性的影响及类岩石材料的力学参数敏感性,以石英砂颗粒粒径大小为指标,建立在不同颗粒粒径配比条件下的不同非均质程度的类岩石材料的级配模型和数学关系曲线;参照压裂试验,用岩石的非均质性程度和类岩石试件骨料粒径级配示意表,选择相应粒径的石英砂颗粒进行骨料配比;以石英砂颗粒为骨料制备类岩石试件,养护、脱模,即得。本发明的非均质性类岩石材料能够较好地反映颗粒粒径对岩石非均质性的控制作用,能够更加精确地描述复杂岩性地层的非均质性特征。

Description

一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法
技术领域
本发明属于类岩石材料制备领域,具体涉及本发明涉及一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
通过对致密储层岩石构造活动形成的断裂系统以及地形、地貌和地质构造等诸多现象的观察及对新构造活动与油气成藏的相关作用的研究表明,储层岩石非均质性是造成岩石力学性质差异的主要原因之一。从基础地质角度看,致密储层岩石是伸展、挤压、走滑活动共存及节理、裂隙较为发育的地区,而不是传统类岩石材料研究所认为的均一形式。在微观尺度下,矿物组分的分布与相对数量,孔隙及微裂隙的类型、分布、孔径、形态等均具有较显著的非均质性;孔隙-微裂隙-裂缝网络系统提供了油气储集—渗流—释放的空间和通道,纳米孔隙、微裂隙的发育特征是网络系统非均质性的重要控制因素。非均质性是致密储层岩石的重要特性,影响了微观储集空间类型与分布特征、气体赋存方式以及气体释放能力等致密储层物性关键参数。储层岩石沉积环境在纵向上表现出来的差异性,使得粒序控制下的地层渗透性在纵向上也表现出非均质性。研究表明,储层岩石非均质性对岩石的单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等主要力学特性具有重要影响,岩石粒径是反映储层岩石结构特征和非均质特征的重要指标,岩石颗粒大小是岩石岩性的主要评价指标,同时也是影响储层岩石渗透性及微裂隙分布的主要因素。
由于现阶段缺乏相关技术表征储层岩石非均质程度对岩石岩性等力学行为的影响,因此多基于数值模型探究储层岩石非均质性对岩石力学行为的影响。其中,广泛应用的即为基于离散元理论的颗粒流方法。颗粒流模拟岩石力学行为的基本思想是将岩石视为遵循牛顿第二定律的不同粒径颗粒黏结的组合,并考虑由颗粒与颗粒结合间内部微裂缝的形成和相互作用主导的模型行为。基于离散元的数值模拟通常通过改变颗粒级配来调整储层岩石的非均质性特征。开展的数值模拟分析揭示了颗粒级配变化对岩石非均质性等力学行为和破坏特征的显著影响。
在工程尺度上,有关学者针对储层岩石非均质性对钻井破坏和水力压裂影响效果的研究表明,钻孔破坏的形态和水力裂缝扩展的路径与储层岩石非均质性紧密相关,而颗粒分布可以控制储层岩石在进行水力压裂试验时钻孔破坏的形态和水力裂缝扩展的路径。如今,不同粒径颗粒配比也越来越多地被用于模拟岩石力学的非均质行为,但由于天然储层岩石难以控制其微观颗粒级配,所以仍没有一个普遍接受的技术来表征储层岩石的非均质程度。
由于现阶段受制于水力压裂试验要求及储层岩石开采技术和设备的限制,发明人发现目前在考虑岩石不同程度非均质性特征的水力压裂试验中,储层岩石的应用和类岩石试件的制备还存在以下几个方面的问题:
(1)由于一般储层岩石都历经了长时间的地质构造作用,且所处的条件复杂,使得原岩内部晶体颗粒大小无法人为控制且取样困难。另一方面,储层岩石内部存在的原生裂隙、节理等缺陷,对储层岩石水力压裂试验结果会产生影响。
(2)研究储层岩石节理、天然裂缝等因素对水力压裂试验影响时,由于天然岩体结构复杂,结构面的形貌变化多样,要采集含节理、天然裂缝等的天然岩体试件非常困难,且容易受到人工扰动而导致结构面的破坏。而由人力将岩石加工成含节理或预制裂隙等结构的试件不仅做工复杂,而且加工出来的试样很难满足试验的精度要求。
(3)基于原岩开展的水力压裂试验难以监测压裂过程中岩石内部的力学响应,限制了对于裂缝扩展机理的分析与研究,且基于真实岩块试样的试验结果难以重复,限制了对试件在不同因素影响下的破坏形态的研究。
(4)储层岩石非均质性强,对水力压裂等试验研究影响大,并不是传统类岩石材料研究所认为的均一形式。目前制备的类岩石试件尚未考虑储层岩石的非均质性影响,且缺少明确的标准来表征类岩石材料的非均质程度。
综上所述,现有类岩石材料不能真实反映实际水力压裂工程中储层岩石非均质程度差异,如何精确便捷的制备出能反映实际岩石非均质性的类岩石试件成为重要且亟需解决的研究课题。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足,提供了一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法。开展基于储层岩石非均质性的类岩石试件的制备试验,利用不同粒径石英砂进行配比,以模拟非均质程度不同的储层岩石。根据砂岩等储层岩石岩性及粒径分析资料和试验数据,以及颗粒粒径配比条件下数值模拟的研究资料,并利用一些常用的完整岩石力学性质的实测值进行反演计算,开展参数敏感性分析,建立颗粒粒径配比与类岩石非均质性程度的数学关系曲线,同时构建类岩石不同非均质程度的级配模型,定性模拟储层岩石的非均质特征。岩石粒径是反映储层岩石结构特征的重要指标,使用同一地区开采的石英砂材料做骨料,且在不同颗粒级配条件下保持骨料比重及颗粒的平均粒径恒定,可以认为骨料的变形模型保持一致,且这个过程中其他参数包括颗粒的刚度和黏结强度也可认为保持不变。通过选用不同粒径的石英砂进行配比,制作非均质性不同的类岩石试件。对制备所得类岩石试件的常规力学参数进行相关物理试验,验证类岩石试件的力学参数是否符合目标储层岩石试件的力学参数要求。通过现场资料的处理及其与岩心资料的对比,认为这种非均质性类岩石材料能够较好地反映颗粒粒径对岩石非均质性的控制作用,能够更加精确地描述复杂岩性地层的非均质性特征。不同粒径配比条件下类岩石非均质性存在差异,在粒序控制基础上进行类岩石非均质性研究,可以提高类岩石试件试验研究的计算精度和操作可行性。此种方法和技术可以解决上述在进行压裂试验时储层岩石应用和类岩石试件制备过程中所存在的问题,基于此种类岩石试件开展的水力压裂研究,对于现场水力压裂的设计与施工具有重要的理论和工程指导意义。
为实现上述技术目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面,提供了一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料,所述模拟储层岩石非均质性的类岩石材料以石英砂颗粒为骨料,石英砂的粒径范围为0-1.8mm,平均粒径为0.8-1.0mm,骨料比重保持在60%-65%。
发明人考虑到致密储层岩石不同程度的非均质性特征对岩石力学特性和水力压裂行为的重要影响以及天然储层岩石的固有缺陷,并基于数值模型中通过调整颗粒级配来改变储层岩石非均质性的思路,发明了一种可以通过调节颗粒级配来表征不同非均质程度的类岩石材料,并设计了制备方法。
本发明的第二个方面,提供了一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料试件的制备方法,包括:
测量储层岩石非均质性、粒径分布情况及力学参数;
分析不同颗粒粒径配比对储层岩石非均质性的影响及类岩石材料的力学参数敏感性,以石英砂颗粒粒径大小为指标,建立颗粒粒径配比与类岩石非均质性程度的数学关系曲线,同时构建类岩石不同非均质程度的级配模型;
参照压裂试验,用岩石的非均质性程度和类岩石试件骨料粒径级配示意表,选择相应粒径的石英砂颗粒进行骨料配比;
以所述石英砂颗粒为骨料制备类岩石试件,养护、脱模,即得。
储层岩石受非均质性影响明显,通过采用不同粒径的石英砂配比模拟不同非均质程度的类岩石试件,更加精确地描述了复杂岩性地层的非均质性特征,符合试验用类岩石材料要求。考虑储层岩石的非均质特征,通过精确控制其粒径组成制备的类岩石试件,为制作不同非均质程度的类岩石试件提供了一个明确的标准和流程。
本发明的有益效果在于:
(1)类岩石试件制作简单且造价较低,可以精确控制其粒径组成。采用类岩石试件开展试验可以避免存在于天然岩石内部的原生缺陷对压裂试验产生的误差。
(2)类岩石试件结构较为简单,可将类岩石试件加工成含节理或预制裂隙等结构面的试件,不仅做工简单,而且加工出来的试件可以更好地满足试验精度要求。通过类岩石试件研究节理或预制裂隙等对水力压裂试验的影响是一种常用的有效手段,已有较多卓有成效的研究成果。
(3)基于类岩石试件开展的水力压裂试验可以准确监测压裂过程中岩石内部的力学响应,更加有利于开展对裂缝扩展机理的分析与研究。类岩石试件具有重复性,进行对比试验时,可研究同种试件在不同因素影响下的变化情况。
(4)储层岩石受非均质性影响明显,通过采用不同粒径的石英砂配比模拟不同非均质程度的类岩石试件,更加精确地描述了复杂岩性地层的非均质性特征,符合试验用类岩石材料要求。考虑储层岩石的非均质特征,通过精确控制其粒径组成制备的类岩石试件,为制作不同非均质程度的类岩石试件提供了一个明确的标准和流程。
(5)本发明的方法简单、成本低、实用性强,易于推广。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1的非均质性不同的类岩石试件制备方法流程图;
图2为本发明实施例1的非均质性不同的类岩石试件骨料粒径级配示意表;
图3为本发明实施例1的非均质性不同的类岩石试件骨料粒径级配示意图;
图4为图2、图3中适中非均质度类岩石试件配比示意图;
图5为本发明实施例1的非均质性不同的类岩石试件的几何形态示意图;
图6为本发明实施例1的非均质性不同的类岩石试件模具实体示意图;
图7为本发明实施例1的非均质性不同的类岩石试件模具透视示意图;
图8为本发明实施例1的非均质性不同的类岩石试件模拟结果示意表。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及其制备方法,包括以下步骤:
步骤1:储层岩石非均质性、粒径分布情况及力学参数的测量;
采集砂岩等常用储层岩石样品,首先将处理后的样品通过高压压汞试验测试储层岩石的粒径分布情况和非均质程度,并通过相应物理试验测试砂岩等储层岩石样品的力学参数,然后结合数值模拟的研究资料,选取具有代表性的粒径区间,定性模拟储层岩石的非均质特征。测定的主要力学参数有单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等,并结合相关资料中对储层岩石主要力学参数的描述,确定储层岩石主要力学参数范围。
步骤2:类岩石非均质性级配模型和数学关系曲线的建立;
根据储层岩性及岩石粒径分析资料和试验数据,岩石颗粒粒径大小与储层岩石非均质性具有较好的对应关系。首先结合储层岩石粒径分析资料和步骤1所测得的储层岩石非均质性与粒径分布情况,分析研究不同大小颗粒粒径配比程度对储层岩石非均质性的影响规律,并对比研究类岩石材料的力学参数敏感性,然后利用统计学原理进行定量分析。最后以常用石英砂颗粒粒径大小为指标,建立在不同颗粒粒径配比条件下的不同非均质程度的类岩石材料的级配模型和数学关系曲线,该级配模型和数学关系曲线以统计学中离散型均匀分布为指导。f=1/(b-a),其中b为最大颗粒粒径,a为最小颗粒粒径。f值越小,表示含有多种颗粒粒径的石英砂,类岩石非均质度越高。
步骤3:非均质性类岩石试件石英砂粒径配比的选择;
根据不同粒径配比条件下类岩石非均质性级配模型和数学关系曲线,使用同一地区开采的石英砂材料做骨料,且需要保证不同颗粒粒径配比条件下骨料比重和石英砂颗粒平均粒径在类岩石试件配比中保持恒定,以此降低骨料变形模型、颗粒的平均粒径和颗粒的刚度及粘结强度等微观力学参数对岩石宏观力学特性的影响。石英砂颗粒平均粒径通过选用不同粒径的石英砂颗粒进行骨料配比,来制作不同非均质程度的类岩石试件。本发明结合资料分析确定不同非均质度类岩石试件中代表性的石英砂颗粒粒径范围为0到1.8mm,颗粒平均粒径为0.8-1.0mm,骨料比重保持在60%-65%。参照压裂试验计划用岩石的非均质性程度和类岩石试件骨料粒径级配示意表,选择相应粒径的石英砂颗粒进行骨料配比,可以制作不同非均质程度的类岩石试件。
步骤4:类岩石试件制备前用料的准备;
使用同一种石英石材料制作得到不同粒径的石英砂,进行类岩石试件的骨料配比。将白色硅酸盐水泥作为胶结材料,按体积配合比配置试验用类岩石试件。根据所选择的类岩石试件的石英砂粒径配比和试验所用到的类岩石试件的尺寸和数量,预估、准备并量取足量的类岩石试件用料。
步骤5:类岩石试件的制备;
选择与试验要求尺寸相符的模具并在模具内壁均匀地涂上一层黄油,以便于日后脱模;根据配比要求,倒入称取好的砂子、水泥、水和聚羧酸高效减水剂(液体),搅拌水泥、砂子、水和聚羧酸高效减水剂(液体);材料拌合均匀后,分3层倒入磨具浇筑,每层在震动台上充分震荡(3min),为防止分层,浇筑完一层用刮刀将表层刮花然后浇筑下一层。
步骤6:类岩石试件的脱模和养护;
试样在模具中放置24h后脱模,之后经标准恒温、恒湿条件下养护28d(相对湿度大于95%,温度20±1.5°)后,对试件表面进行打磨处理。为尽量减小不同试件之间因制作工艺产生的差异,应严格控制试样的配比、震荡次数和养护条件。
步骤7:类岩石试件力学参数的对比验证。
首先将处理后的类岩石试件经过高压压汞试验测试类岩石试件的粒径分布和非均质程度。为测试类岩石试件的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度等力学参数,在预制好的模具中浇筑长×宽×高为70mm×70mm×70mm的立方块,立方块的养护方式与试件的养护方式相同。在试件上黏贴应变片,对试件进行单轴压缩试验,可得到类岩石材料的弹性模量、泊松比和单轴抗压强度;在预制模具中浇筑直径为50mm、高为50mm的圆柱形试件,对试件进行巴西劈裂试验,得到类岩石材料抗拉强度。最后,将试验所测得的不同非均质度类岩石试件的粒径分布、非均质性与目标参数进行对比,并将测得的力学参数与步骤1获得的储层岩石的主要力学参数范围进行对比,验证所得力学参数是否符合压裂试验要求。
下面结合具体的实施例,对本发明做进一步的详细说明,应该指出,所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1:
本实施例解释了一种适中非均质程度类岩石试件的制备步骤。如图1所示,一种模拟水力压裂储层岩石非均质性的类岩石材料的制备方法,所述方法包括如下步骤:
步骤1:储层岩石非均质性、粒径分布情况及力学参数的测量;
采集砂岩等储层岩石常用样品,首先将处理后的样品通过高压压汞试验测试砂岩等样品的粒径分布情况和非均质程度,然后通过相关物理试验测定其单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比等主要力学参数。最后,结合王渭明-《岩石力学》,梁天成-《多级循环泵注水力压裂模拟试验研究》中对储层岩石主要力学参数的描述,确定模拟储层岩石单轴抗压强度为46MPa,弹性模量12.5GP,泊松比为0.2。
步骤2:类岩石非均质性级配模型和数学关系曲线的建立;
结合储层岩石粒径分析资料(赵军-《基于粒度控制的复杂储层渗透性建模方法》-2016、赵军-《测井资料在沉积物粒序反演中的应用》-2013)和步骤1所测得的储层岩石非均质性及粒径分布情况,分析研究粒径级配对储层岩石非均质性的影响规律,并对比研究类岩石材料的力学参数敏感性,然后利用统计学原理进行定量分析,以粒径为指标,建立不同粒径大小条件下的类岩石非均质性级配模型和数学关系曲线。如图2、图3不同粒径配比条件下类岩石非均质性骨料粒径级配示意表和示意图所示。
步骤3:非均质性类岩石试件石英砂粒径配比的选择;
在图2、图3不同粒径配比条件下类岩石非均质性骨料粒径级配示意表和示意图中,适中非均质程度类岩石试件中骨料的颗粒粒径为0.4-0.6mm、0.6-0.8mm、0.8-1.0mm、1.0-1.2mm、1.2-1.4mm,其中这五种不同粒径石英砂进行骨料配比的比例为1:1:1:1:1。类岩石试件的制备需使用同一地区的石英砂材料制作骨料,且需要保证骨料比重和颗粒平均粒径在类岩石试件配比中保持恒定,且在不同颗粒粒径配比条件下石英砂颗粒平均粒径为0.8-1.0mm,骨料比重保持在60%-65%。
步骤4:类岩石试件制备前用料的准备;
将不同粒径的清洁干燥细砂进行配比作为类岩石试件的骨料,将白色硅酸盐水泥作为胶结材料,按体积配合比配置试验用类岩石试件,本实施例中水泥:石英砂:水=2:5:1。实施例中试件为20cm立方体类岩石试件,且制作10个试验用类岩石试件。根据适中非均质度类岩石试件的石英砂粒径配比和试验用类岩石试件的尺寸和数量,准备并量取0.02m3水泥,0.05m3石英砂,0.01m3纯净水。其中0.05m3石英砂中0.4-0.6mm、0.6-0.8mm、0.8-1.0mm、1.0-1.2mm、1.2-1.4mm颗粒粒径的石英砂分别为0.01m3
步骤5:类岩石试件的制备;
选择与试验要求尺寸相符的模具并在模具内壁均匀地涂上一层黄油,以便于日后脱模;根据配比要求,倒入称取好的砂子、水泥、水,搅拌水泥、砂子、水;材料拌合均匀后,分3层倒入磨具浇筑,每层在震动台上充分震荡(3min),为防止分层,浇筑完一层用刮刀将表层刮花然后浇筑下一层。
步骤6:类岩石试件的脱模和养护;
试样在模具中放置24h后脱模,之后经标准恒温、恒湿条件下养护28d(相对湿度大于95%,温度20±1.5°)后,对试件表面进行打磨处理。为尽量减小不同试件之间因制作工艺产生的差异,需严格控制试样的配比、震荡次数和养护条件。
步骤7:类岩石试件力学参数的对比验证。
首先将处理后的类岩石试件通过高压压汞试验测试类岩石试件的粒径分布和非均质性,然后通过场发射扫描电镜探究储层微观物质组分和孔隙-微裂隙的非均质特征。为测试类岩石试件的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度等力学参数,在预制好的模具中浇筑长×宽×高为70mm×70mm×70mm的立方块,立方块的养护方式与试件的养护方式相同。通过在试件上黏贴应变片,对试件单轴压缩得到材料的弹性模量、泊松比和单轴抗压强度;在预制模具中浇筑直径为50mm、高为50mm的圆柱形试件,对试件进行巴西劈裂试验,得到材料抗拉强度。将以上试验所得到的类岩石试件的粒径分布、非均质性及力学参数与目标参数及力学参数范围进行对比,验证所得力学参数符合试验要求。利用数值模拟软件,对不同粒径配比的类岩石模拟试件进行仿真力学试验,其中为便于模型观察,将颗粒粒径放大一倍,图8为非均质性不同的类岩石试件模拟结果示意表。模拟结果表明不同粒径配比的类岩石试件力学特性符合试验要求,且非均质性差异明显。
最后应该说明的是,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,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分进行等同替换。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。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种能够模拟多种非均质程度类岩石材料试件的制备方法,包括:
测量储层岩石非均质性、粒径分布情况及力学参数;
分析不同颗粒粒径配比程度对储层岩石非均质性的影响及类岩石材料的力学参数敏感性,以石英砂颗粒粒径大小为指标,建立颗粒粒径配比与类岩石非均质性程度的数学关系曲线,同时构建类岩石不同非均质程度的级配模型;
参照压裂试验,用岩石的非均质性程度和类岩石试件骨料粒径级配示意表,选择相应粒径的石英砂颗粒进行骨料配比;
以所述石英砂颗粒为骨料制备类岩石试件,养护、脱模,即得;
所述类岩石材料以石英砂颗粒为骨料,石英砂的粒径范围为0-1.8mm,平均粒径为0.8-1.0mm,骨料比重保持在60%-65%;
f=1/(b-a),其中b为最大颗粒粒径,a为最小颗粒粒径;f值越小,表示含有多种颗粒粒径的石英砂,类岩石非均质度越高。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述模拟储层岩石非均质性的类岩石材料的原料中还包括:水泥、减水剂和水。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述力学参数包括:单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,根据不同粒径配比条件下类岩石非均质性级配模型和数学关系曲线,使用同一地区开采的石英砂材料做骨料,且不同颗粒粒径配比条件下骨料比重和石英砂颗粒平均粒径在类岩石试件配比中保持恒定。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,石英砂颗粒平均粒径通过选用不同粒径的石英砂颗粒进行骨料配比,来制作不同非均质程度的类岩石试件。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,使用同一种石英石材料制作得到不同粒径的石英砂,进行类岩石试件的骨料配比。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述类岩石试件制备的具体步骤为:选择与试验要求尺寸相符的模具并在模具内壁均匀地涂上一层黄油,以便于日后脱模;根据配比要求,倒入称取好的砂子、水泥、水和减水剂,搅拌水泥、砂子、水和减水剂;材料拌合均匀后,分3-4层倒入磨具浇筑,每层充分震荡,为防止分层,浇筑完一层用刮刀将表层刮花然后浇筑下一层。
8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,养护条件为相对湿度大于95%,温度20±1.5°。
CN202010483850.7A 2020-06-01 2020-06-01 一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法 Active CN111579374B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010483850.7A CN111579374B (zh) 2020-06-01 2020-06-01 一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010483850.7A CN111579374B (zh) 2020-06-01 2020-06-01 一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111579374A CN111579374A (zh) 2020-08-25
CN111579374B true CN111579374B (zh) 2021-07-13

Family

ID=72109783

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010483850.7A Active CN111579374B (zh) 2020-06-01 2020-06-01 一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111579374B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112329219B (zh) * 2020-10-26 2024-01-26 中国科学院力学研究所 一种计算巴西劈裂实验中含微孔和微裂缝岩石拉伸损伤区域的方法
CN112358239B (zh) * 2020-10-27 2021-10-01 煤炭科学研究总院 类岩石相似材料及其制备方法
CN112414827B (zh) * 2020-11-05 2023-07-07 河南理工大学 非均质各向异性透明类岩石材料试样的制备方法
CN112560315B (zh) * 2020-12-21 2022-11-01 武汉科技大学 一种轻量化耐火材料随机非均质连续模型的构建方法
CN112723819B (zh) * 2020-12-24 2023-01-24 武汉理工大学 一种类岩石材料、使用类岩石材料的压阻智能试验系统及方法
CN112857935B (zh) * 2021-01-22 2022-11-18 上海大学 一种大级差非均质无磁岩心的制备方法
CN113514313B (zh) * 2021-04-22 2024-01-26 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种泥岩样本批量制备装置及方法
CN113866389B (zh) * 2021-09-27 2023-04-07 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 生成含层理岩石的矿物晶体模型的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107543744A (zh) * 2016-06-23 2018-01-05 韦献艺 一种分散泥质胶结疏松砂岩的人工岩样制作方法
CN105973679B (zh) * 2016-07-19 2018-11-16 东北石油大学 一种人造裂缝岩心制作方法
WO2018039038A1 (en) * 2016-08-26 2018-03-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Measuring contact angles beteween a solid-fluid pair using x-ray imaging of the solid-fluid-fluid interface inside a capillary
CN108414415B (zh) * 2018-01-27 2020-04-28 东北石油大学 一种利用厘米级岩心模拟地层非均质性的装置以及制造方法
CN109020364A (zh) * 2018-08-01 2018-12-18 湖北工程学院 一种砂岩相似材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111579374A (zh) 2020-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111579374B (zh) 一种模拟储层岩石非均质性的类岩石材料及试件制备方法
Hale et al. A laboratory investigation of the effects of cyclic heating and cooling, wetting and drying, and freezing and thawing on the compressive strength of selected sandstones
Kulatilake et al. A physical model study of jointed rock mass strength under uniaxial compressive loading
Fereidooni Determination of the geotechnical characteristics of hornfelsic rocks with a particular emphasis on the correlation between physical and mechanical properties
Aggistalis et al. Correlating uniaxial compressive strength with schmidt hardness, point load index, young's modulus, and mineralogy of gabbros and basalts (Northern Greece).
Ismail et al. Sample preparation technique for artificially cemented soils
Tan et al. Numerical discrete-element method investigation on failure process of recycled aggregate concrete
CN110907247B (zh) 一种非常规天然气井压裂物理模拟试样的制备方法
Fu et al. Extended finite element method simulation and experimental test on failure behavior of defects under uniaxial compression
Mahdevari et al. Experimental investigation of fractal dimension effect on deformation modulus of an artificial bimrock
Wang et al. Investigation on chloride penetration into unsaturated concrete under short-term sustained tensile loading
Wang et al. Mechanical behavior of cemented granular aggregates under uniaxial compression
Zhao et al. Influence of mesoscale heterogeneous and initial defects on the fracture of cement-treated base materials
Gao et al. Proposal of a chemical weathering model for mechanical analysis of cemented sandstone using DDA
Pour et al. Experimental study of the effect of length and angle of cross-cracks on tensile strength of rock-like material
Zhao et al. Numerical and experimental assessment of the sandstone fracture mechanism by non-uniform bonded particle modeling
Shakiba et al. An experimental investigation of the proportion of mortar components on physical and geomechanical characteristics of unconsolidated artificial reservoir sandstones
Haeri Crack analysis of pre-cracked brittle specimens under biaxial compression
Wei et al. Correlating failure strength with wave velocities for cemented sands from the particle-level analysis
Wei et al. Effects of plastic fines content on the engineering properties of cement-stabilized sands
Amiri et al. Development of a new physical modeling method to investigate the effect of porosity on the parameters of intact rock failure criteria
Wu et al. Fracturing process and initiation mechanism of hard rock tunnels with different shapes: particle flow modeling and analytical study
Zhou et al. Experimental test and PFC3D simulation of the effect of a hole on the tensile behavior of concrete: A comparative analysis of four different hole shapes
CN112414827A (zh) 非均质各向异性透明类岩石材料试样的制备方法
Bittar Marin et al. Cement stabilized soil field samples: quality control for bases and sub-bases

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant