[發(fā)明專利]一種定量分析環(huán)境因素對煤系泥巖力學(xué)性質(zhì)影響的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011086767.2
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112240847A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫中光;王璇;孫維;趙慶川;戴書球;譚一川;彭邁;張建鑫;韓麟之;梁帥;周琪森
• 申請（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司;中煤科工集團(tuán)重慶智慧城市科技研究院有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/44;G01N1/30;G01N3/02;G01N3/08
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明屬于巖石力學(xué)實(shí)驗領(lǐng)域，涉及一種定量分析環(huán)境因素對煤系泥巖力學(xué)性質(zhì)影響的方法，選擇煤、鈣基膨潤土、石英砂、水泥和水作為原料制備煤系泥巖樣，用較低的成本批量制備與自然煤系泥巖膨脹性、吸水性和基本力學(xué)性質(zhì)高度一致的重塑巖樣，方便開展巖石力學(xué)實(shí)驗。通過控制單一環(huán)境變量(包括環(huán)境溫度、環(huán)境水壓和浸水時間)，用大批量和現(xiàn)場力學(xué)性質(zhì)類似的均質(zhì)試件進(jìn)行分組交叉試驗，定量分析單一因素對煤系泥巖的變形和力學(xué)特性的影響程度，并得到有明確參考價值的曲線和參數(shù)方程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石力學(xué)實(shí)驗領(lǐng)域，涉及一種定量分析環(huán)境因素對煤系泥巖力學(xué)性質(zhì)影響的方法。

背景技術(shù)

煤系炭質(zhì)泥巖是一種與煤層伴生沉積巖系，巖性變化較大，具有遇水軟化、易膨脹特性。研究表明：巖體含水率的大小嚴(yán)重影響著巖石的各項力學(xué)參數(shù)，而且水對于巖體的作用具有時間效應(yīng)。當(dāng)巖石含水率不斷增長，巖石抗壓強(qiáng)度下降幅度明顯增大，巖石開始發(fā)生破裂膨脹，而應(yīng)變軟化現(xiàn)象急劇減少。溫度越高，泥巖最大應(yīng)力應(yīng)變均有所削弱；含水率高的泥巖，其彈性模量及單軸抗壓強(qiáng)度相對要小一些。繆協(xié)興受溫度應(yīng)力場理論的啟發(fā)，提出了濕度應(yīng)力場理論和粘土類膨脹巖的彈塑性本構(gòu)模型(何滿潮：軟巖工程力學(xué)；孟召平，彭蘇萍：含煤巖系巖石力學(xué)性質(zhì)控制因素探討；繆協(xié)興：膨脹巖體中的濕度應(yīng)力場理論，等)。

若通過現(xiàn)場取巖樣研究，必會出現(xiàn)所取得的巖樣本身力學(xué)特性不一樣，難以通過實(shí)驗室實(shí)驗得到定量分析某一環(huán)境因素對泥巖物理力學(xué)性質(zhì)的影響。

公開號為CN110482988A的發(fā)明專利公開了一種弱膨脹泥巖相似材料及其制備方法，包括以下組分，膨潤土、重晶石粉、松香酒精溶液以及石膏、石英砂。其中，各組分的占總料質(zhì)量比為：膨潤土5％-20％，重晶石粉10％-40％，松香酒精溶液7％，石膏占0-3％，石英砂為以上材料占比之和不足1時的填充。制備方法，粉狀松香用乙醇溶解得到松香酒精溶液，按照預(yù)先設(shè)計的質(zhì)量配比稱量所述膨潤土、重晶石粉、石膏及石英砂，并混合均勻得到干材料，將按質(zhì)量配比的松香酒精溶液加入干材料中，再混合均勻，得到濕材料；將濕材料制樣、烘干。有益效果：本發(fā)明主要保證了相似材料的膨脹性、高強(qiáng)度性、易粘結(jié)性，同時具有穩(wěn)定的力學(xué)性質(zhì)。各組分原料易得，成本較低。

公開號為CN106153423B的發(fā)明專利公開了一種泥巖樣品、利用巖屑重塑泥巖樣品的裝置及方法，屬于深部油氣藏鉆探及枯竭氣藏利用技術(shù)領(lǐng)域。該泥巖樣品經(jīng)由泥巖鉆井碎屑制備得到。該裝置包括套筒、底板、壓板和施力機(jī)構(gòu)。該方法包括：獲取泥巖層鉆井碎屑；對泥巖層鉆井碎屑進(jìn)行研磨，得到經(jīng)過研磨的泥巖層鉆井碎屑；向經(jīng)過研磨的泥巖層鉆井碎屑中加入水并攪拌，得到手捏可成團(tuán)的泥巖層鉆井碎屑；將手捏可成團(tuán)的泥巖層鉆井碎屑容置于該裝置中壓制成型并取出，得到該泥巖樣品。通過對重塑得到的泥巖樣品進(jìn)行力學(xué)評價，能夠?qū)髲U井的密封性能進(jìn)行評價，進(jìn)一步為是否進(jìn)行修井作業(yè)提供參考。

上述現(xiàn)有相關(guān)專利側(cè)重單個泥巖巖樣的重塑，但是不能批量制備實(shí)驗巖樣且批量重塑后的泥巖巖樣不能高度還原現(xiàn)場炭質(zhì)泥巖力學(xué)性能。因此也無法利用均質(zhì)的、高度還原煤系泥巖巖樣力學(xué)性質(zhì)的人工重塑泥巖巖樣進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗，定量分析單一因素對煤系泥巖的變形和力學(xué)特性的影響。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明為了解決上述泥巖巖樣重塑過程所存在的不能批量制備實(shí)驗巖樣、批量重塑后的泥巖巖樣不能高度還原現(xiàn)場炭質(zhì)泥巖力學(xué)性能以及不能利用均質(zhì)的、高度還原煤系泥巖巖樣力學(xué)性質(zhì)的人工重塑泥巖巖樣進(jìn)行定量分析單一因素對煤系泥巖的變形和力學(xué)特性影響的問題，提供一種定量分析環(huán)境因素對煤系泥巖力學(xué)性質(zhì)影響的方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種定量分析環(huán)境因素對煤系泥巖力學(xué)性質(zhì)影響的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、現(xiàn)場采集巖樣，測定現(xiàn)場煤系泥巖巖樣在常溫下(25℃)主要力學(xué)參數(shù)(單軸抗壓強(qiáng)度、軸向膨脹應(yīng)變)和礦物組分；