一种用于测量岩石破碎能量的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于测量岩石破碎能量的方法，包括：获取岩石样品的抗压强度数据；对岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录岩石样品在破碎过程中的切削力；根据当前切削力，结合抗压强度数据计算岩石样品的能量释放速率。本发明专利技术具有可操作性强和准确测定岩石破碎能量的特点，能够获取连续的岩石能量剖面，且可直观反映出岩石性质与层理裂缝对岩石破碎能量的影响，适用性强。适用性强。适用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量岩石破碎能量的方法及系统


[0001]本专利技术涉及石油勘探开发
，尤其是涉及一种用于测量岩石破碎能量的方法及系统。

技术介绍

[0002]在钻井过程中，常会伴随着地层岩石的破碎，在载荷的作用下，岩石内部的微裂隙不断萌生、发育、扩展、聚集和贯通，最终将导致岩石产生宏观破碎。岩石中新裂隙面的发展形成以及裂隙面之间的相对滑移，都会伴随能量的释放与耗散。岩石可钻性难易与破碎能量耗散有密不可分的关系，能量的吸收与释放是岩石变形破坏的根本原因。从力学角度进行分析，岩石的变形破坏过程实际上就是一个从局部耗散到局部破坏最终到整体的破裂的过程。另外，从能量的角度出发，可以更好地解释岩石的力学响应特点，为井壁稳定及岩石的可钻性评价提供科学的基础理论支撑。
[0003]目前，针对岩石破碎能量的测量方法大多基于破碎后岩样的形态进行定性分析，采用强度、脆性等单一参数作为间接判断标准，尚未提供一种具有直接、准确的岩石破碎能量的测定方法。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于测量岩石破碎能量的方法，所述方法包括：获取岩石样品的抗压强度数据；对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力；根据所述切削力，结合所述抗压强度数据计算所述岩石样品的能量释放速率。
[0005]优选地，在对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力步骤中，包括：设置所述单轴连续划刻测试的测试参数，其中，所述测试参数包括所述岩石样品与刀片间的夹角、刀片每次下入岩样的深度和刀片的移动速度；按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面，其中，刀片的推进方向与岩样的轴向方向一致；在刻划过程中，实时生成所述刀片的受力状态信息。
[0006]优选地，利用如下表达式计算所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量：
[0007][0008]其中，G表示所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量，ν表示所述抗压强度数据内的泊松比，E表示所述抗压强度数据内的杨氏模量，F
eq
表示切削力，w表示刀片宽度，d表示刀片的下入深度。
[0009]优选地，在同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力步骤中，包括：获取刻划测试过程中刀具移动的实时位置坐标数据，将刀具几何中心位置坐标数据转换为切削力平面内裂缝尖端应力场的各个分布点的位置坐标数据，所述切削力平面为刀片水平移动方向和垂向方向所形成的平面；根据所述各个分布点的位置坐标数据，利用预先建立的关于所
述切削力平面的应力解析模型，通过解析解应力函数解法，计算所述刀片在测试过程中所受应力的水平切向力和垂直切向力；基于当前所述岩石岩样的上表面与刻划刀片之间的夹角角度，根据所述水平切向力和垂直切向力，计算所述切削力。
[0010]优选地，刀片每次下入深度的范围为0.01mm～0.02mm；刀片移动速度小于10mm/s。
[0011]优选地，在按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面步骤之前，还包括：对当前划刻测试的岩石样品进行表面平滑处理。
[0012]另一方面，本专利技术还提供了一种用于测量岩石破碎能量的系统，所述系统按照如上述所述的方法执行，所述系统包括：刻划装置，其用于对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力；刻划控制及能量计算装置，其用于获取岩石样品的抗压强度数据，以及根据所述切削力，结合所述抗压强度数据计算所述岩石样品的能量释放速率。
[0013]优选地，所述刻划控制及能量计算装置，包括：测试参数生成模块，其用于设置所述单轴连续划刻测试的测试参数，其中，所述测试参数包括所述岩石样品与刀片间的夹角、刀片每次下入岩样的深度和刀片的移动速度；测试控制模块，其用于按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面，其中，刀片的推进方向与岩样的轴向方向一致；受力信息生成模块，其用于在刻划过程中，实时生成所述刀片的受力状态信息。
[0014]优选地，利用如下表达式计算所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量：
[0015][0016]其中，G表示所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量，ν表示所述抗压强度数据内的泊松比，E表示所述抗压强度数据内的杨氏模量，F
eq
表示切削力，w表示刀片宽度，d表示刀片的下入深度。
[0017]优选地，所述刻划装置包括：固定架；倾角控制台，其安装于所述固定架的下方，用于调节刻划刀片与岩样上表面的夹角角度、以及控制所述刻划刀片的移动；刀具组合，其通过夹具安装于所述倾角控制台；样品固定台，其位于所述刀具组合的下方，用于放置并固定所述岩石样品，使得所述划刻刀片与所述岩石样品的上表面呈所述夹角角度。
[0018]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0019]本专利技术公开了一种用于测量岩石破碎能量的方法及系统。该方法及系统建立了一种基于连续刻划试验方法、同时结合了线弹性断裂力学的岩石力学模型和岩石力学室内试验的岩石破碎能量测定方法，用来测定岩石单位面积破碎状态所需的能量值。本专利技术同时具有可操作性强和准确测定岩石破碎能量的特点，能够获取连续的岩石能量剖面，且可直观反映出岩石性质与层理裂缝对岩石破碎能量的影响，适用性强。另外，本专利技术不受岩心性质与层理裂缝的限制，并且可通过连续剖面直观反映出能量随岩石性质与层理裂缝的变化。此外，本专利技术能够根据岩石坚硬程度，选择不同规格的刀片，以及形成不同程度的削切夹角，通过倾角控制台灵活调节刀片与岩心水平面之间的夹角，从而适用于不同类型的岩心。
[0020]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他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结构来实现和获得。
附图说明
[0021]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：
[0022]图1是本申请实施例的用于测量岩石破碎能量的方法的步骤图。
[0023]图2是本申请实施例的用于测量岩石破碎能量的方法中划刻测试过程的流程示意图。
[0024]图3是本申请实施例的用于测量岩石破碎能量的方法中岩石单位面积能量耗散计算过程的原理示意图。
[0025]图4是本申请实施例的用于测量岩石破碎能量的系统的结构框图。
[0026]图5是本申请实施例的用于测量岩石破碎能量的系统中刻划装置的结构示意图。
[0027]图6是本申请实施例的用于测量岩石破碎能量的系统中刀具组合的结构示意图。
具体实施方式
[0028]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量岩石破碎能量的方法，其特征在于，所述方法包括：获取岩石样品的抗压强度数据；对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力；根据所述切削力，结合所述抗压强度数据计算所述岩石样品的能量释放速率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力步骤中，包括：设置所述单轴连续划刻测试的测试参数，其中，所述测试参数包括所述岩石样品与刀片间的夹角、刀片每次下入岩样的深度和刀片的移动速度；按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面，其中，刀片的推进方向与岩样的轴向方向一致；在刻划过程中，实时生成所述刀片的受力状态信息。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用如下表达式计算所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量：其中，G表示所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量，ν表示所述抗压强度数据内的泊松比，E表示所述抗压强度数据内的杨氏模量，F
eq
表示切削力，w表示刀片宽度，d表示刀片的下入深度。4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力步骤中，包括：获取刻划测试过程中刀具移动的实时位置坐标数据，将刀具几何中心位置坐标数据转换为切削力平面内裂缝尖端应力场的各个分布点的位置坐标数据，所述切削力平面为刀片水平移动方向和垂向方向所形成的平面；根据所述各个分布点的位置坐标数据，利用预先建立的关于所述切削力平面的应力解析模型，通过解析解应力函数解法，计算所述刀片在测试过程中所受应力的水平切向力和垂直切向力；基于当前所述岩石岩样的上表面与刻划刀片之间的夹角角度，根据所述水平切向力和垂直切向力，计算所述切削力。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，刀片每次下入深度的范围为0.01mm～0.02mm；刀片移动速度小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈军海，李丹丹，王怡，孙连环，曾义金，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：