一种定量分析岩石脆度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种定量分析岩石脆度的装置及方法。本发明专利技术的装置包括：构造有开口和通孔的样品容器，其配置为容纳岩心样品；超声波探头，其配置为采集所述岩心样品的声发射信号；声发射采集装置，其配置为根据所述声发射信号获取声发射参数；材料试验装置，其配置为向所述样品容器内的所述岩心样品提供应力以破坏所述岩心样品；径向应变规以及轴向应变规，其配置为配合所述材料试验装置获取所述岩心样品的应力‑应变参数；数据分析装置，其配置为根据所述岩心样品被破坏过程中同步采集的所述声发射参数以及所述应力‑应变参数定量分析岩石脆度。根据本发明专利技术的装置及方法能够快速、简便、准确地对各类岩心的岩石脆度进行定量分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地质开发领域，具体说涉及一种定量分析岩石脆度的装置及方法。
技术介绍
利用水力压裂对储层岩石进行改造是提高单井产量的重要手段，特别是对于渗透率极低的储层水力压裂更是其经济有效开发的基础。在水里压裂工艺中，储层脆度是判断水力压裂能否在储层内形成复杂裂缝网络的基础，也是水力压裂工艺参数优化和压裂液优选的基础。在现有技术中，一方面，针对页岩提出了脆度指数的概念并用于指导现场，但由于其采用的脆度指数是用杨氏模量和泊松比两个弹性参数或者“脆性矿物”的含量确定，而岩石的脆度是与破坏相关的参数，两种计算脆度的方法均没有反映岩石破坏的性质，因此其适用性受到限制，即在某些区域的页岩内适用性强，而对其它区域、其它岩性适用性较差。另一方面，基于岩石的全应力-应变曲线的特征参数测定表征岩石的脆度。其中，特征参数主要为岩石的峰值强度和残余强度。但由于获得全应力-应变曲线对压机刚度、控制系统要求高，常规压机难以获得岩石峰后特征，难以获得全应力-应变曲线，特别对于页岩更为如此。因此该方法的成功率不高。综上，在现有技术中，针对岩石脆度的分析方法存在适用性不强、设备要求高、操作复杂以及成功率低等问题。因此，需要一种新的分析岩石脆度的装置及方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种定量分析岩石脆度的装置，所述装置包括：样品容器，其配置为容纳岩心样品，所述样品容器上构造有开口和通孔；超声波探头，其通过所述通孔定位安装在所述样品容器中的岩心样品上，配置为采集所述岩心样品的声发射信号；声发射采集装置，其配置为根据所述声发射信号获取声发射参数；材料试验装置，其配置为向所述样品容器内的所述岩心样品提供应力以破坏所述岩心样品；径向应变规以及轴向应变规，其通过所述开口定位安装在所述样品容器的岩心样品上，配置为配合所述材料试验装置获取所述岩心样品的应力-应变参数；数据分析装置，其配置为根据所述岩心样品被破坏过程中同步采集的所述声发射参数以及所述应力-应变参数定量分析岩石脆度。在一实施例中，所述样品容器为中空的圆筒状。在一实施例中，所述装置包括包含2个超声波探头，所述样品容器构造有两个通孔，两个所述通孔分别构造在所述样品容器的侧壁上部和下部。在一实施例中，两个所述通孔正交分布。在一实施例中，所述开口构造在所述样品容器的侧壁，所述开口的形状与所述径向应变规以及轴向应变规匹配。在一实施例中，所述超声波探头的采集超声波带宽为50KHz-750KHz。本专利技术还提出了一种定量分析岩石脆度的方法，所述方法包括：制备岩心样品；对所述岩心样品进行加载至破坏，在整个过程中同步采集所述岩心样品的声发射参数以及应力-应变参数；根据所述声发射参数以及所述应力-应变参数分析所述岩心样品的岩石脆度。在一实施例中，所述声发射参数包括超声波的波形、能量、上升时间参数。在一实施例中，根据所述声发射参数以及所述应力-应变参数分析所述岩心样品的岩石脆度，其中，根据能量累计与时间关系曲线进行定性表征，并利用岩石发生宏观破坏前累计能量占比对岩石脆度进行定量分析。在一实施例中，所述岩石脆度的定量分析模型为：Bi=1-ΣEAE1ΣEAE2]]>其中，Bi为岩石的脆度系数，EAE1为达到宏观破坏前声发射累计能量值，EAE2为岩石达到宏观破坏时声发射累计能量值。。根据本专利技术的装置及方法能够快速、简便、准确地对各类岩心的岩石脆度进行定量分析。本专利技术的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本专利技术的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本专利技术而被了解。本专利技术的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是根据本专利技术一实施例的方法流程图；图2是根据本专利技术一实施例的装置结构简图；图3为根据本专利技术一实施例的典型脆性岩石声发射特征及定量评价图；图4为根据本专利技术一实施例的典型非脆性岩石声发射特征及定量评价图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此本专利技术的实施人员可以充分理解本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本专利技术。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。本专利技术提出了一种定量分析岩石脆度的方法。具体的，本专利技术的方法通过对岩石在被破坏过程中的声发射参数以及应力-应变参数进行分析以获取岩石脆度。接下来结合附图详细描述本专利技术的实施例的方法的实施过程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。在本专利技术一实施例中，如图1所示，首先制备岩心样品(步骤S110)。具体的，在本专利技术一实施例中，按照国际岩石力学协会岩石力学实验要求对岩心样品长度、平行度及其端面进行加工处理，制备得到标准岩心样品。然后对所述岩心样品进行加载至破坏(步骤S120)。在整个破坏过程中同步采集所述岩心样品的声发射参数以及应力-应变参数(步骤S130)。具体的，在一实施例中，声发射参数包括超声波的波形、能量、上升时间参数。进一步的，在一实施例中，应力-应变参数为应力-时间曲线。最后根据声发射参数以及应力-应变参数分析所述岩心样品的岩石脆度(步骤S140)。具体的，在一实施例中，对同步采集的应力-应变参数、能量参数进行处理，根据能量累计与时间关系曲线进行定性表征，并利用岩石达到宏观破坏前累计能量占比对岩石脆度进行定量分析。具体的，对于脆度强的岩石，前期声发射事件少，释放能量少，岩石破坏为爆发性破坏，岩石破坏前累计声发射能量少；对于脆度弱的岩石，声发射事件持续发生，岩石破坏为持续性微破坏，岩石破坏前累计声发射能量多。对于采集到的声发射能量等参数，通过计算岩石达到峰值前累计声发射能量占比，可对岩石的脆度进行定量分析。即，岩石达到宏观破坏前发生微破坏越多，声发射释放能量越多，则累计声发射能量占比就越大，岩石脆度越低；而岩石达到宏观破坏前发生微破坏越少，声发射释放能量越少，则累计声发射能量占比就越小，岩石脆度越高；因此，从岩石脆度本质出发，在一实施例中，利用声发射参数定量分析岩石脆度的数学模型为：其中，Bi为岩石的脆度系数，EAE1为达到宏观破坏前声发射累计能量值，EAE2为岩石达到宏观破坏时声发射累计能量值。进一步的，在本专利技术一实施例中，基于历史数据，构造分析岩石脆度的量化模型如表1所示。表1本专利技术的方法从岩石破坏机理、岩石脆度的实质出发，利用岩石破坏前累计声发射能量占岩石破坏发生时累计能量占比，对岩石的脆度进行分析。相较于现有技术，本专利技术的脆度分析结果更加.准确、合理，本专利技术的方法具有更强的适应性。基于本专利技术的方法，本专利技术提出了一种定量分析岩石脆度的装置。具体的，在本专利技术一实施例中，如图2所示，装置包括：样品容器2，其配置为容纳岩心样品，样品容器上构造有开口和通孔；超声波探头(3和4)，其通过通孔定位安装在样品容器2中的岩心样品上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定量分析岩石脆度的装置，其特征在于，所述装置包括：样品容器，其配置为容纳岩心样品，所述样品容器上构造有开口和通孔；超声波探头，其通过所述通孔定位安装在所述样品容器中的岩心样品上，配置为采集所述岩心样品的声发射信号；声发射采集装置，其配置为根据所述声发射信号获取声发射参数；材料试验装置，其配置为向所述样品容器内的所述岩心样品提供应力以破坏所述岩心样品；径向应变规以及轴向应变规，其通过所述开口定位安装在所述样品容器的岩心样品上，配置为配合所述材料试验装置获取所述岩心样品的应力‑应变参数；数据分析装置，其配置为根据所述岩心样品被破坏过程中同步采集的所述声发射参数以及所述应力‑应变参数定量分析岩石脆度。

【技术特征摘要】
1.一种定量分析岩石脆度的装置，其特征在于，所述装置包括：样品容器，其配置为容纳岩心样品，所述样品容器上构造有开口和通孔；超声波探头，其通过所述通孔定位安装在所述样品容器中的岩心样品上，配置为采集所述岩心样品的声发射信号；声发射采集装置，其配置为根据所述声发射信号获取声发射参数；材料试验装置，其配置为向所述样品容器内的所述岩心样品提供应力以破坏所述岩心样品；径向应变规以及轴向应变规，其通过所述开口定位安装在所述样品容器的岩心样品上，配置为配合所述材料试验装置获取所述岩心样品的应力-应变参数；数据分析装置，其配置为根据所述岩心样品被破坏过程中同步采集的所述声发射参数以及所述应力-应变参数定量分析岩石脆度。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述样品容器为中空的圆筒状。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置包括包含2个超声波探头，所述样品容器构造有两个通孔，两个所述通孔分别构造在所述样品容器的侧壁上部和下部。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，两个所述通孔正交分布。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开口构造在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永平，程兴生，张智勇，吴国涛，王永贤，
申请(专利权)人：北京斯迪莱铂油气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11