[發明專利]縫洞型碳酸鹽巖儲層環境力學性能試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201210317046.7
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN103674679A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 李陽;李江龍;康志江;李彤;張允
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N33/24
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本發明涉及一種巖石的物理性能參數測量裝置，具體涉及縫洞型碳酸鹽巖儲層環境力學性能試驗裝置及試驗方法。

背景技術

現有的巖石力學性能試驗裝置通常是在常溫下對巖石進行單軸或三軸壓縮試驗檢測，在進行巖石應變測試時多采用間接測量，無法消除測量工具及夾持方式造成的誤差，因此所得到的測試數據與地下的巖石實際情況不符。特別是對于縫洞型碳酸鹽巖來說，它在地下要承受著高溫和高壓，因此用現有的巖石力學性能試驗裝置來檢測縫洞型碳酸鹽巖，所檢測到的數據與實際狀態下縫洞型碳酸鹽巖的抗壓值偏差較大，要使用系數來對其檢測值進行校正，而系數的確定又是根據經驗或大量的試驗數據得出的，對于某一特定的縫洞型碳酸鹽巖來說，用系數校正不存在普遍的適用性。

我國與20世紀80年代曾研制出巖石三軸儀，垂直載荷為500噸，側壓力為150MPa，通過此儀器不斷改變的側壓力σ得到不同的破壞應力σa，繪制出不同的破壞應力圓，最后繪出這些圓的包絡線，從而求出巖石的抗剪強度曲線，進一步求得巖石的凝聚力c和內摩擦角α。但此試驗無法完成巖石三軸條件下楊氏模量、泊松比等力學參數的測試，因為此試驗裝置無法測得此條件下的軸向和徑向的應變。

近年來，國內外不斷有關于巖石在三軸條件下力學性能研究，其所采用應力-應變測試方法都存在間接計算的問題，都不是通過直接的測量和自動的數據采集、處理得到巖石的真實的應力應變，因此所測巖石力學參數存在誤差的可能性較大。

通過專利技術檢索，國內與巖石力學測試相關的實驗裝置有以下幾項

1、鹵水流場侵蝕條件下的巖石力學試驗加載裝置，專利號200810046643.4；

2、巖石力學試驗縱橫波測量換能器，專利號200410033788.2；

3、動靜組合加載巖石力學實驗方法與裝置，專利號20051032031.6；

4、一種巖石力學試驗的多功能壓力室，專利號200910036623.3。

專利1公開了一種鹵水侵蝕條件下的巖石力學試驗加載裝置，模擬地下儲氣(油)庫造腔過程中鹵水及流場共同作用于溶腔的實際工況，使得室內試驗測得的參數更加真實可靠。

專利2提供一種可在一般巖石力學試驗或三軸力學試驗中進行縱橫波超聲參數測試的換能器。

專利3公開了一種動靜組合加載巖石力學實驗方法及裝置，其方法對巖石施加同一方向靜載荷與不同強度和延時的沖擊載荷，提供了一種其結果與工程實際更為符合的動靜組合加載實驗方法與裝置。

專利4公開了一種巖石力學試驗的多功能壓力室，主要優點是可對巖石試件邊浸泡邊加載邊觀測，具有多種功能，既能用水也可用其它不與巖石作用的液體提供圍壓，提高了能提供的圍壓范圍，并且取放試樣不需要移動透明窗口。

從以上的專利簡介可以看出，目前國內所申請的專利與本發明沒有重合之處，以上專利發明不涉及巖石力學性能參數的測試內容。

美國專利US20100095742提供了一種巖心應力測試儀，它是一個給巖石樣本施加一個壓力的測試裝置，這些壓力作用是創造一個類似地層的環境，根據這個巖石樣本來模擬地層結構中一部分巖石在靜壓下的位移開裂變形，根據這些變形和裂縫來進行對生產率的評估。

可以看出，上述專利未涉及巖石性能參數的測試，只是進行裂縫的宏觀評估，且設備中無加溫裝置，與真實的地層環境有較大差距。

發明內容

為了解決現有的待測巖樣測試儀無法模擬巖石樣品所處地層的真實溫度及壓力環境，導致測量的巖石力學性能參數與實際情況存在較大差距的問題，本發明提供了一種縫洞型碳酸鹽巖儲層環境力學性能試驗裝置及試驗方法。

巖石力學性能包括單軸抗壓強度、三軸抗壓強度、楊氏模量、泊松比、內聚力、內摩擦角等，要實現以上參數的測試，該實驗裝置必須實現軸向加壓，同時能夠實現地層壓力和溫度的模擬，要準確測量巖石的軸向及徑向應變，要實現測試結果的精確性，必須要能夠實現數據的自動采集。

按照上述實驗目的所要求的縫洞型碳酸鹽巖高溫高壓實驗裝置，包括軸向加壓系統、圍壓增壓系統、巖石夾持器系統（包括加溫系統）、應力-應變數據測試及采集系統、數字控制柜、計算機系統等幾大部分組成。整套系統采用剛性支撐和液壓伺服調控，計算機編程控制和自動完成數據采集，能夠控制模擬巖石在地下的溫度和應力（包括上覆地層壓力、水平地應力和孔隙流體壓力）條件，測試巖石的力學、熱學、滲透性質和壓縮性等多方面的參數。

本發明所采用的技術方案是，