[發明專利]一種用于評價流體對巖石造縫能力的實驗方法

有效

• 申請號: 201810448640.7
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108645596B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 汪道兵;王小瓊;葛洪魁;宇波;孫東亮;韓東旭;劉慶;馬海燕;周珺
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 11260 北京凱特來知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

1.一種用于評價流體對巖石造縫能力的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將直徑25毫米、高度50mm的標準圓柱體巖心放入恒溫烘干箱中，溫度恒定為100攝氏度，連續烘干24小時，以除去巖心中的殘余液體；

步驟2：測試干燥巖心的高度h、直徑d和質量m，計算干燥巖心的密度ρ，公式如下：

式中，ρ為巖心密度；d為巖心直徑；h為巖心高度；π為圓周率，常數；m為巖心質量；

步驟3：測試干燥巖心沿軸向的縱波V_p、橫波V_s的大小，計算其動態彈性模量E_d和動態泊松比ν_d的大小，公式如下：

式中，E_d為動態彈性模量；ν_d為動態泊松比；V_p為縱波波速；V_s為橫波波速；

步驟4：將第3步驟中獲得的動態巖石力學參數轉換為靜態巖石力學參數，轉換公式如下：

E_s＝aE_d+b (4)

ν_s＝cν_d+d (5)

式中，a、b、c、d為常數，通過對實驗數據擬合來確定；E_s為靜態彈性模量；ν_s為靜態泊松比；

步驟5：計算巖心的脆性指數BI，公式如下：

式中，BI為巖心脆性指數；E_BRIT為歸一化彈性模量；ν_BRIT為歸一化泊松比；E_s,max、E_s,min為步驟4中所有巖心靜態彈性模量E_s構成向量中的最大元素值和最小元素值；ν_s,max、ν_s,min為步驟4中所有巖心靜態泊松比ν_s構成向量中的最大元素值和最小元素值；

步驟6：將P波或S波探頭置放于探頭夾具內，探頭端面與巖心兩個端面接觸，中間均勻涂上耦合劑，以一定的加載速率沿軸向加載，最大加載應力σ_max為巖心單軸壓縮強度的30％至50％，測試干燥巖心在不同應力下的波形和波速到時大小t_p，然后根據互相關函數法，得出不同應力σ下的波速大小V_p,str，同時記錄相應應力σ下產生的聲發射事件個數num，將單位應力下聲發射事件數定義為AE_num＝num/σ；

步驟7：對每塊巖心，繪制不同加載應力σ與波速V_p,str間的擬合直線，直線斜率k_vel為巖心的波速-應力敏感性系數；

步驟8：根據獲得波速數據，通過反演計算，獲得每塊巖心的天然裂隙密度大小ρ_c，反演公式如下：

式中，G₀為巖石基質的剪切模量；G_dry為干燥巖樣的剪切模量；G₀和G_dry可由式(10)計算獲得；ν₀為巖石基質的泊松比，可由式(3)獲得；ρ_c為巖樣的天然裂隙密度；E為巖心彈性模量；ν為巖心泊松比；

步驟9：將干燥巖心浸泡于壓裂改造工作液中一定時間，重復步驟2至步驟8，獲得潤濕巖心的脆性指數BI_wet、單位壓力下聲發射事件數AE_num,wet、波速-應力敏感性系數k_vel,wet以及天然裂隙密度ρ_wet,c的大小，其中飽和流體作用下巖樣的天然裂隙密度ρ_wet,c的計算公式如下，其余參數同上述步驟中的公式：

式中，G_wet為潤濕巖樣的剪切模量，可由公式(10)計算得出；δ_f為無量綱量，由公式(12)可得，其中K₀和K_f分別為巖石基質和流體的體積模量；E₀為巖石基質的彈性模量；ζ為裂隙縱橫比，其值大小為10^-3左右，ζ＝w/c，w和c分別為裂紋的寬度和半徑；ρ_wet,c為潤濕巖心內的天然裂隙密度；

步驟10：計算每塊巖樣干燥與潤濕前后的脆性系數相對變化量BI_var、單位應力下聲發射事件數相對變化量AE_var、波速-應力敏感性系數相對變化量k_var以及天然裂隙密度相對變化量ρ_var大小，公式如下：

式中，BI和BI_wet分別是干燥、潤濕巖樣的脆性指數；BI_var為巖樣干燥與潤濕前后的脆性系數相對變化量；AE_num和AE_num,wet分別是干燥、潤濕巖樣在單位應力下的聲發射事件數量；AE_var為巖樣在單位應力下的聲發射事件數量相對變化量；k_vel和k_vel,wet分別是干燥與潤濕巖樣波速-應力敏感性系數；k_var為巖樣波速-應力敏感性系數相對變化量；ρ_c和ρ_wet,c為干燥、潤濕巖樣內的天然裂隙密度；ρ_var為天然裂隙密度相對變化量；

步驟11：對于每塊巖心，將步驟10中的巖心脆性指數相對變化量BI_var、單位應力下聲發射事件總數相對變化量AE_var、波速-應力敏感性系數相對變化量k_var以及巖樣天然裂隙密度相對變化量ρ_var進行無量綱化處理，公式如下：

式中，BI_d、AE_d、k_d、ρ_d分別為無量綱化脆性指數、無量綱化聲發射數、無量綱化波速-應力敏感性系數和無量綱化天然裂隙密度；BI_var,max、BI_var,min為步驟10中所有巖心脆性指數相對變化量構成向量中的最大元素值和最小元素值；AE_var,max、AE_var,min為步驟10中所有巖心單位應力下聲發射總數相對變化量構成向量中的最大元素值和最小元素值；k_var,max、k_var,min為步驟10中所有巖心波速-應力敏感性系數相對變化量構成向量中的最大元素值和最小元素值；ρ_var,max、ρ_var,min為步驟10中所有巖心天然裂隙密度相對變化量構成向量中的最大元素值和最小元素值；

步驟12：計算流體作用下巖心的造縫能力指數大小FI_f，公式如下：

步驟13：比較步驟12中的流體對巖心造縫能力指數大小，其值越大，說明該流體對巖心的造縫能力越強。