一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法技术

本发明专利技术提出一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，包括以下步骤：1)将声波测试系统的声波发射探头及声波接收探头分别安放于两个固定压头中，将制取的地层岩石试件固定在两个固定压头之间；2)将试件及固定压头安放于三轴试验机中，由三轴试验机对试件施加围压并进行轴向预加载，启动声波测试系统获取试件初始声波波速；3)三轴试验机对试件进行轴向加载的同时，开启声波测试系统采集轴向载荷及声波波速，试件达到破坏时停止数据采集，依次撤除试件轴压及围压，取出试件完成测试；4)处理实验数据，获得动态损伤度‑应力状态曲线，结合油井声波测井数据计算目标井段围岩的损伤度。

【技术实现步骤摘要】
一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法
本专利技术属于石油工程岩石力学领域，特别是涉及一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法。
技术介绍
石油钻井工程是指在经过勘探发现的储油区块，利用专用的钻井设备和技术，在预定的地表位置向下钻出一定直径的圆柱井眼，并钻达地下油气层的工作。在实际情况下，井眼周围岩体在钻井和生产过程中，井壁围岩由于承受原始地应力等外载作用而产生不同程度的损伤，井壁围岩同时存在弹性区和损伤区。此外，在水力压裂施工过程中，由于压裂液的压力作用也会造成井壁围岩的损伤。当井壁围岩损伤达到一定程度后，容易引发井壁失稳，造成一系列生产事故。目前，有许多方法可以应用于岩石损伤检测，如电阻率、电磁、X射线、CT等方法，其中，基于弹性波的声波波速测试法具有简便、易于推广的优点，已在岩土工程中广泛应用。室内声波波速测试法是通过主动发射弹性波，使其穿过岩石传播，利用穿过岩石介质的波速及其衰减程度检测材料损伤，再根据声波波速与弹性模量、强度之间的关系评价岩石的损伤程度。油田现场通过对油井进行声波测井方式获取油井井壁围岩的纵波、横波波速，并通过声波波速计算岩石的弹性参数(如动态弹性模量、动态泊松比)，但并不能通过声波测井的方式直接获得油井围岩的损伤度。因此，目前亟需一种方法将室内声波试验与油田测井数据相结合，来获取油井井壁围岩的损伤度，为油井的钻井、完井及后期的增产作业施工提供技术指导。有鉴于此，本专利技术人根据从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，以期解决现有技术存在的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，通过室内三轴压缩试验获得加载过程中岩石声波波速变化情况，获得加载过程岩石的动态损伤度-应力状态曲线，结合油田现场声波测井数据计算得到油井目标井段围岩的损伤程度。为此，本专利技术提出一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，包括以下步骤：1)将声波测试系统的声波发射探头及声波接收探头分别安放于两个固定压头中，将制取的地层岩石试件固定在两个固定压头之间；2)将试件及固定压头安放于三轴试验机中，由三轴试验机对试件施加围压并进行轴向预加载，启动声波测试系统获取试件初始声波波速；3)三轴试验机对试件进行轴向加载的同时，开启声波测试系统采集轴向载荷及声波波速，试件达到破坏时停止数据采集，依次撤除试件轴压及围压，取出试件完成测试；4)处理实验数据，获得动态损伤度-应力状态曲线，结合油井声波测井数据计算目标井段围岩的损伤度。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，在步骤1)中，所述试件沿平行于全直径岩心的轴心方向钻取，或者，所述试件沿垂直于全直径岩心的轴心方向钻取。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，在步骤1)中，所述试件在固定于两所述固定压头之前，预先进行干燥处理、以及水饱和处理或油饱和处理。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，在步骤2)中，所述三轴试验机对所述试件施加的围压p＝0.023×H，p为对试件施加的围压值(MPa)，H为所取岩心的地层深度(m)。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，在步骤2)和步骤3)中，对试件进行声波波速测试包括横波波速测试及纵波波速测试。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，在步骤4)中，所述试件的动态损伤度的计算公式为：D＝1-v/v0，D为试件的动态损伤度，v为试件轴向加载过程中的横向声波波速/纵向声波波速，v0为试件初始横向声波波速/试件纵向初始横向声波波速。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，在步骤4)中，所述试件所受应力计算公式为：σ＝F/A，σ为试件测试过程中的应力，F为试件受到的轴向压力，A为试件的横截面积；在步骤4)中，所述试件的应力状态计算公式为：S＝σ/σmax，S为应力状态，σ为试件测试过程中的应力值，σmax为试件所受最大应力值。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，所述试件为圆柱体，其直径为25mm，其长度为其直径的2～2.5倍，所述试件的端面垂直于其轴线方向，最大偏差不超过0.25°，所述试件两端面的不平行度最大不超过0.05mm。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，在步骤2)中，所述对试件进行轴向预加载时，预加载采用位移控制，加载速度为1mm/min，试件两端压力达到0.2KN后稳定载荷不变；在步骤3)中，在对所述试件施加轴压时，加载方式采用变形控制，加载速度为0.025mm/min。如上所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其中，在步骤4)中，将计算所得的应力状态S作为横坐标，将动态损伤度D作为纵坐标，绘制出动态损伤度-应力状态曲线图。与现有技术相比，本专利技术提供的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，通过将地层岩石试件固定在固定压头之间，并与声波测试系统及三轴试验机相配合，可以对岩石类材料进行三轴加载过程中的声波波速测试，通过对加载过程中岩石内部声波波速进行计算获得岩石的动态损伤度，结合油田现场的声波测井数据计算油井目标井段围岩的损伤度。本专利技术将室内三轴压缩过程中的声波测试技术与油田现场的声波测井技术相结合，解决了油田现场无法获取油井井壁围岩损伤度的问题；此外，本专利技术考虑了地层岩石所受围压这一特点，使动态损伤度的测试结果更加接近真实的地层情况，可以为油田现场钻井、完井施工及后期增产作业提供技术指导。总之，本专利技术提供的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，流程简单，操作方便，可解决油田现场的实际工程需求。附图说明以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中：图1为本专利技术的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法的流程图。图2为本专利技术中使用的固定压头与试件整体布局剖面示意图。图3为本专利技术中使用的胶套、声波探头、胶塞配合示意图。图4为本专利技术中使用的固定压头整体配合示意图。附图标号说明：1、压头盖；2、压头体；3、试件；4、胶套；5、胶塞；6、导线；7、密封圈；8、压紧件；9、导线槽；10、声波探头。具体实施方式本专利技术提出一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，包括以下步骤：1)将声波测试系统的声波发射探头及声波接收探头分别安放于两个固定压头中，将制取的地层岩石试件固定在两个固定压头之间；2)将试件及固定压头安放于三轴试验机中，由三轴试验机对试件施加围压并进行轴向预加载，启动声波测试系统获取试件初始声波波速；3)三轴试验机对试件进行轴向加载的同时，开启声波测试系统采集轴向载荷及声波波速，试件达到破坏时停止数据采集，依次撤除试件轴压及围压，取出试件完成测试；4)处理实验数据，获得动态损伤度-应力状态曲线，结合油井声波测井数据计算目标井段围岩的损伤度。本专利技术的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，通过室内三轴压缩试验获得加载过程中岩石声波波速变化情况，获得加载过程岩石的动态损伤度-应力状态曲线，结合油田现场声波测井数据计算得到油井目标井段围岩的损伤程度。为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本专利技术提出的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，包括以下步骤：1)将声波测试系统的声波发射探头及声波接收探头分别安放于两个固定压头中，将制取的地层岩石试件固定在两个固定压头之间；2)将试件及固定压头安放于三轴试验机中，由三轴试验机对试件施加围压并进行轴向预加载，启动声波测试系统获取试件初始声波波速；3)三轴试验机对试件进行轴向加载的同时，开启声波测试系统采集轴向载荷及声波波速，试件达到破坏时停止数据采集，依次撤除试件轴压及围压，取出试件完成测试；4)处理实验数据，获得动态损伤度‑应力状态曲线，结合油井声波测井数据计算目标井段围岩的损伤度。

【技术特征摘要】
1.一种围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，包括以下步骤：1)将声波测试系统的声波发射探头及声波接收探头分别安放于两个固定压头中，将制取的地层岩石试件固定在两个固定压头之间；2)将试件及固定压头安放于三轴试验机中，由三轴试验机对试件施加围压并进行轴向预加载，启动声波测试系统获取试件初始声波波速；3)三轴试验机对试件进行轴向加载的同时，开启声波测试系统采集轴向载荷及声波波速，试件达到破坏时停止数据采集，依次撤除试件轴压及围压，取出试件完成测试；4)处理实验数据，获得动态损伤度-应力状态曲线，结合油井声波测井数据计算目标井段围岩的损伤度。2.根据权利要求1所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述试件沿平行于全直径岩心的轴心方向钻取，或者，所述试件沿垂直于全直径岩心的轴心方向钻取。3.根据权利要求1所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述试件在固定于两所述固定压头之前，预先进行干燥处理、以及水饱和处理或油饱和处理。4.根据权利要求1所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其特征在于，在步骤2)中，所述三轴试验机对所述试件施加的围压p＝0.023×H，p为对试件施加的围压值(MPa)，H为所取岩心的地层深度(m)。5.根据权利要求1所述的围压条件下测定岩石动态损伤度的方法，其特征在于，在步骤2)和步骤3)中，对试件进行声波波速测试包括横波波速测试及纵波波速测试。6.根据权利要求1或5所述的围压条件下测定岩石动...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广清，王元元，丁祥，庄建满，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11