[發(fā)明專利]一種巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)測試方法

有效

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• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109374497B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張琳;巴晶;龐孟強(qiáng);魏頤君;馬汝鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明提供了一種巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)測試方法，該方法包括：建立表征巖石彈性模量與微觀孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系；估算巖石中硬孔隙的縱橫比；計(jì)算各個(gè)有效壓力下巖石的累積裂隙密度；建立有效壓力和裂隙密度之間的關(guān)系；基于靜態(tài)彈性模量估算裂縫孔隙度的分布特征；計(jì)算靜態(tài)累積裂隙密度和裂縫孔隙度的分布特征。本發(fā)明充分考慮靜態(tài)彈性模量對壓力變化更敏感的特點(diǎn)，利用靜態(tài)彈性模量替換動(dòng)態(tài)彈性模量來預(yù)測巖石內(nèi)部的微觀孔隙結(jié)構(gòu)分布特征，預(yù)測結(jié)果更加貼近巖石的真實(shí)情況，可實(shí)現(xiàn)巖石內(nèi)部微觀孔隙結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確刻畫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種巖石內(nèi)部裂縫孔隙度的測試方法，尤其涉及一種利用巖石的彈性模量來測試其微觀孔隙分布特征的表征測試方法。

背景技術(shù)

開展巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)對巖石彈性模量的影響分析，這對刻畫地下儲(chǔ)層特征具有重要的指導(dǎo)意義(Tran et al,2008)。眾多學(xué)者基于實(shí)驗(yàn)室測量的超聲波速度(動(dòng)態(tài)彈性模量)和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(靜態(tài)彈性模量)來研究該影響(King,1966；Nur和Simmons,1969；Coyner,1984；Baud et al,2017)。通過研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)彈性模量在低有效壓力(有效壓力p＝P_c-P_p，其中，P_c和P_P分別是圍壓和孔隙壓力)下變化比較明顯，這是由于縱橫比(裂縫的縱橫比定義為裂縫寬度一半與長度一半的比)較小的裂縫隨著壓力增大逐漸閉合，進(jìn)而導(dǎo)致巖石的彈性性質(zhì)變化明顯。從本質(zhì)上講，與壓力有關(guān)的巖石彈性性質(zhì)與微觀孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。Walsh(1965)推導(dǎo)了干燥巖石(孔隙壓力P_P為零)的體積模量(體積模量為彈性模量的一種，定義為靜水壓力與體應(yīng)變的比)隨圍壓P_c變化的表達(dá)式，發(fā)現(xiàn)裂縫(軟孔隙)對彈性模量的影響比粒間孔隙(硬孔隙)更加顯著，并估算了巖石樣品的裂縫孔隙度。Cheng and(1979)利用KT等效介質(zhì)模型(Kuster和1974)估算了不同種類巖石中微觀孔隙的孔隙度分布特征，即具有不同孔隙縱橫比特征的孔隙，對應(yīng)不同的孔隙度。由于KT模型無法估算高孔隙度巖石的彈性模量，Tran等(2008)通過引入DEM等效介質(zhì)模型(Berryman,1992)改進(jìn)了Cheng和的方法。然而，最終的計(jì)算結(jié)果并不是唯一的，且結(jié)果的可靠性依賴于輸入的先驗(yàn)?zāi)Ｐ汀榻鉀Q這個(gè)問題，Izumotani和Onozuka(2013)利用快速模擬退火算法(一種基于概率的算法)估算了微觀孔隙的孔隙度分布特征。

Eberhart-Phillips等(1989)基于線性和指數(shù)項(xiàng)的組合推導(dǎo)了地震波速度和有效壓力之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。Zimmerman(1991)利用該關(guān)系式近似計(jì)算了三種砂巖樣品的可壓縮系數(shù)，并估算了微觀孔隙的孔隙度分布特征。基于Zimmerman的方法，David和Zimmerman(2012)利用Mori-Tanaka理論(Mori和Tanaka，1973；Benveniste，1987)從干燥巖石的地震波速度中獲得微觀孔隙的孔隙度分布特征(以下簡稱DZ模型)，并通過Gassmann方程預(yù)測飽和巖石的縱橫波速度隨有效壓力的變化趨勢。這些方法雖易實(shí)現(xiàn)，但估算的結(jié)果通常與實(shí)際數(shù)據(jù)不吻合，研究發(fā)現(xiàn)基于動(dòng)態(tài)彈性模量預(yù)測的結(jié)果往往偏小(Cheng和1979；Pervukhina等，2010)。

綜上所訴，現(xiàn)有的技術(shù)研究中仍存在以下問題：

(1)動(dòng)態(tài)彈性模量對壓力的敏感性未充分考慮；

(2)動(dòng)態(tài)彈性模量預(yù)測的累計(jì)裂隙密度、裂縫孔隙度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于巖石內(nèi)部的真實(shí)情況。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)測試方法，該方法基于靜態(tài)彈性模量來提取巖石內(nèi)部微觀孔隙的孔隙結(jié)構(gòu)分布特征，提高累計(jì)裂隙密度、裂縫孔隙度等孔隙結(jié)構(gòu)的測試準(zhǔn)確度。

技術(shù)方案：本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)測試方法，包括以下步驟：