裂隙岩石有效应力系数确定方法、装置、设备和存储介质制造方法及图纸

本文提供了一种裂隙岩石有效应力系数确定方法、装置、设备和存储介质，其中方法包括：获取裂隙倾角为0

【技术实现步骤摘要】
裂隙岩石有效应力系数确定方法、装置、设备和存储介质


[0001]本专利技术涉及石油开采领域，特别地，涉及一种裂隙岩石有效应力系数确定方法、装置、设备和存储介质。

技术介绍

[0002]水力压裂技术是开发致密裂隙性油气藏的主要技术之一，随着压裂液的不断被注入地层，势必会引起地层孔隙压力的改变，那么注入量的不同也会引起地层中应力场的改变以及天然裂隙状态的改变，针对不同状态的天然裂隙，水力压裂过程中的施工操作也势必做出相应的调整。由于外部流体的注入导致地层中孔隙压力增加，引起地层中有效应力的减小，导致三维莫尔圆的变化，从而引起天然裂隙状态的改变。其中，岩石有效应力系数作为水力压裂渗流
‑
力学多场耦合过程中一个极为重要的参数，其与岩石类型、致密程度、结构等岩石固有性质，完整程度(是否含有裂隙以及裂隙方向、位置)均密切相关，因此研究岩石有效应力系数确定方法具有重要意义。
[0003]在裂缝性地层钻井过程中，有效应力系数是井壁稳定性分析中的关键参数，裂缝的存在减弱了岩石的力学强度，产生了高渗透的流体流动通道。通过应用有效应力系数准确计算裂缝中的孔隙压力场，得到井周应力分布，通过井壁稳定模型计算裂缝性地层的失稳机理，失稳周期，针对性的提出相应的预防措施，减少裂缝性地层的钻井风险。
[0004]目前，裂隙岩石有效应力系数测试方法在理论和实验方法上与无裂隙岩石有效应力系数测试并无不同，只是在试验中采用有裂隙的试样而已。通常采用3种方法(Cross
‑
plotting法，排水试验法和声波动态法)测其有效应力系数。Cross
‑
plotting法基于岩石的渗流机理，通过在室内模拟地下储层水
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力耦合机制，认为岩心的渗透率为有效应力的单值函数，测得岩样在不同孔隙压力和围压组合下的渗透率，取一系列渗透率作为参考值，插值得到相同渗透率下围压与孔隙压力的组合值，得到孔隙压力与围压的交会图，则围压
‑
孔隙压力线性关系的斜率值即为岩样的有效应力系数。排水法测定岩石有效系数分为两个阶段，第一阶段保持孔隙压力不变，以一定速率增加围压，从体积应变与围压关系曲线的斜率得到岩石体积压缩系数K
b
，第二阶段以相同的速率增加围压和孔隙压力，从体积应变与围压关系曲线的斜率得到岩石固体骨架的切线弹性模量K
s
，采用公式α＝1
‑
K
s
/K
b
计算有效应力系数。声波动态法由声波测井与密度测井数据计算间接得到有效应力系数，但仅代表一种动态结果，与静态结果间具有一定差异。
[0005]对于无裂隙的各向同性孔隙性岩石而言，有效应力系数在各个方向都是相等的。对于含裂隙岩石，当把裂隙看成孔隙的联合体时，孔隙的空间分布决定了此时的类孔隙
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裂隙单元不是各向同性的。由于以上三种传统方法是用于普通孔隙型岩石，并非针对含裂隙岩石，无法精确获得裂隙的有效应力系数。
[0006]因此，现在亟需一种裂隙岩石有效应力系数确定方法，能够较高精准度的确定裂隙岩石有效应力系数。

技术实现思路

[0007]本文实施例的目的在于提供一种裂隙岩石有效应力系数确定方法、装置、设备和存储介质，以较高精准度的确定裂隙岩石有效应力系数。
[0008]为达到上述目的，一方面，本文实施例提供了一种裂隙岩石有效应力系数确定方法，包括：
[0009]获取裂隙倾角为0
°
的岩石试样；
[0010]对所述岩石试样进行排水条件下的第一次围压加载；
[0011]根据所述第一次围压加载的结果，得到裂隙法向刚度；
[0012]对所述岩石试样进行部分排水条件下的第二次围压加载；
[0013]根据所述第二次围压加载的结果，得到岩石固体骨架的切线弹性模量；
[0014]根据所述裂隙法向刚度和所述岩石固体骨架的切线弹性模量，计算得到裂隙岩石有效应力系数。
[0015]优选的，所述根据所述第一次围压加载的结果，得到裂隙法向刚度进一步包括：
[0016]根据所述第一次围压加载的结果，拟合得到裂隙法向应力
‑
位移曲线；
[0017]根据所述裂隙法向应力
‑
位移曲线，得到裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度；
[0018]根据所述裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度，计算得到裂隙法向刚度。
[0019]优选的，所述根据所述裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度，计算得到裂隙法向刚度之前还包括：
[0020]确定所述岩石试样处于各向同性的受压状态；
[0021]根据所述岩石试样的受压状态，得到裂隙法向应力与裂隙法向位移的关系；
[0022]根据所述裂隙法向应力与裂隙法向位移的关系，以及裂隙初始宽度，得到裂隙法向应力与裂隙相对位移的关系；
[0023]根据所述裂隙法向应力与裂隙相对位移的关系，得到所述裂隙法向刚度关于所述裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度的计算公式。
[0024]优选的，所述裂隙法向刚度关于所述裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度的计算公式为：
[0025][0026]其中，K
n
为裂隙法向刚度，K
n0
为裂隙初始法向刚度，b0为裂隙初始宽度，u
n
为裂隙法向位移。
[0027]优选的，所述根据所述第二次围压加载的结果，得到岩石固体骨架的切线弹性模量进一步包括：
[0028]根据所述第二次围压加载的结果，得到体积应变和围压的关系曲线；
[0029]将所述关系曲线的斜率确定为岩石固体骨架的切线弹性模量。
[0030]优选的，所述根据所述裂隙法向刚度和所述岩石固体骨架的切线弹性模量，计算得到裂隙岩石有效应力系数进一步包括：
[0031]通过如下公式计算得到裂隙岩石有效应力系数：
[0032][0033]其中，B为裂隙岩石有效应力系数，K
n
为裂隙法向刚度，K
s
为岩石固体骨架的切线弹性模量，ε
n
为裂隙相对法向位移，u
n
为裂隙法向位移，b0为裂隙初始宽度。
[0034]优选的，所述获取裂隙倾角为0
°
的岩石试样进一步包括：
[0035]根据试块中裂隙的延伸方向调整钻取方向，由试块中钻取裂隙倾角为0
°
的岩石初样；
[0036]对所述岩石初样进行进一步加工，得到符合规格的圆柱体岩石试样。
[0037]另一方面，本文实施例提供了一种裂隙岩石有效应力系数确定装置，所述装置包括：
[0038]获取模块，用于获取裂隙倾角为0
°
的岩石试样；
[0039]第一次围压加载模块，用于对所述岩石试样进行排水条件下的第一次围压加载；
[0040]裂隙法向刚度确定模块，用于根据所述第一次围压加载的结果，得到裂隙法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种裂隙岩石有效应力系数确定方法，其特征在于，包括：获取裂隙倾角为0
°
的岩石试样；对所述岩石试样进行排水条件下的第一次围压加载；根据所述第一次围压加载的结果，得到裂隙法向刚度；对所述岩石试样进行部分排水条件下的第二次围压加载；根据所述第二次围压加载的结果，得到岩石固体骨架的切线弹性模量；根据所述裂隙法向刚度和所述岩石固体骨架的切线弹性模量，计算得到裂隙岩石有效应力系数。2.根据权利要求1所述的裂隙岩石有效应力系数确定方法，其特征在于，所述根据所述第一次围压加载的结果，得到裂隙法向刚度进一步包括：根据所述第一次围压加载的结果，拟合得到裂隙法向应力
‑
位移曲线；根据所述裂隙法向应力
‑
位移曲线，得到裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度；根据所述裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度，计算得到裂隙法向刚度。3.根据权利要求2所述的裂隙岩石有效应力系数确定方法，其特征在于，所述根据所述裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度，计算得到裂隙法向刚度之前还包括：确定所述岩石试样处于各向同性的受压状态；根据所述岩石试样的受压状态，得到裂隙法向应力与裂隙法向位移的关系；根据所述裂隙法向应力与裂隙法向位移的关系，以及裂隙初始宽度，得到裂隙法向应力与裂隙相对位移的关系；根据所述裂隙法向应力与裂隙相对位移的关系，得到所述裂隙法向刚度关于所述裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度的计算公式。4.根据权利要求3所述的裂隙岩石有效应力系数确定方法，其特征在于，所述裂隙法向刚度关于所述裂隙初始法向刚度和裂隙初始宽度的计算公式为：其中，K
n
为裂隙法向刚度，K
n0
为裂隙初始法向刚度，b0为裂隙初始宽度，u
n
为裂隙法向位移。5.根据权利要求1所述的裂隙岩石有效应力系数确定方法，其特征在于，所述根据所述第二次围压加载的结果，得到岩石固体骨架的切线弹性模量进一步包括：根据所述第二次围压加载的结果，得到体积应变和围压的关系曲线；将所述关...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，蒋宏伟，赵庆，谭鹏，房超，翟文宝，冯枭，叶晨曦，李雅飞，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：