[发明专利]一种用非标准尺寸岩心代替标准尺寸岩心测量岩石力学性质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油开发技术领域的一种实验方法，尤其是一种用非标准尺寸岩心代替标准尺寸岩心测量岩石力学性质的方法，能够较好的应用非标准尺寸的岩心来模拟标准尺寸的砂岩、页岩、白云岩等的抗压强度、弹性模量两种力学参数。 

背景技术

随着油气田开发的不断发展，开发技术要求越来越高，全面了解和掌握地层岩石的力学性质，对确定油气田开发方案，指导现场施工提供重要依据。应用MTS电液伺服系统对标准尺寸的岩心进行试验是确定岩石力学参数的重要技术手段。 

根据岩石力学学会的标准，进行力学参数测试的岩心尺寸的标准为，直径为25mm，长度为50mm-60mm的圆柱形岩心，利用标准尺寸岩心测得的岩石力学参数精度高，具有参考价值。 

现今，在我国陆上和海洋油气井取芯的过程中，由于地下环境的复杂性，特别是在几千米以下的深地层，取芯的难度越来越大，取得的岩心缺陷比较大，同时在加工过程中的人为操作，获取能应用做岩石力学实验的标准尺寸的岩心越来越困难，而钻取岩心的直径基本能够满足要求，长度一般小于50mm，利用这种 非标准尺寸岩心直接测量出来的岩石力学参数往往是不准确的，不能直接加以应用。 

在考虑岩心资源宝贵，充分利用已有岩心资源的情况下，利用非标准尺寸岩心来模拟标准尺寸岩心的性质成为了一个可攻克和优化的问题。根据非标准尺寸岩心和标准尺寸岩心在实验中测得的力学参数进行归纳、总结，能够得到应用非标准尺寸岩心测量参数确定不同岩石的力学参数的方法。 

发明内容

为了克服现有实验条件下，非标准尺寸的岩心所带来的问题。本发明提供了一种应用非标准尺寸岩心代替标准尺寸岩心测量岩石力学参数的方法，该方法具有操作简单、测量误差小、工作效率高、岩心制作费用低和岩心利用率高等特点。 

本发明采用的技术方案是：该方法包括下列步骤： 

1、利用已有模具，使用水泥和石英砂浇铸外形尺寸一定(长300mm、宽300mm、高100mm)的长方体模拟试样，制作模拟试件中水泥和砂的比例为1∶1(质量比)。 

2、用取芯机在已制备的长方体模拟试样上取芯，并用切割机获取所需长度的岩心。需要钻取的水泥块岩心分为标准尺寸(直径25mm、长50mm)的岩心和不同长度的非标准尺寸(直径25mm、长度小于50mm)的岩心。标准尺寸水泥块岩心3块，非标准尺寸岩心按照长度5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、 30mm、35mm、40mm、45mm分别制作块。 

3、用车床车削水泥块岩心的两端面。钻取并加工处理直径为25mm的非标准尺寸和标准尺寸的砂岩、页岩、白云岩。获得长度分别为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的砂岩、页岩、白云岩的岩心各3块。 

4、将水泥模拟的岩心和加工处理后的砂岩、页岩、白云岩按照类别和长度进行分类并将每块岩心编号、拍照。 

5、应用MTS电液伺服系统对岩心进行加载，记录加载过程中的应力和变形数据及相关曲线图。 

实验过程主要包括岩心试件的安装、加载、卸载记录等，实验过程中每块岩心的加载和卸载速率保持不变，进行单轴加载。具体步骤如下： 

(1)安装岩心试件：安装轴向、径向应变仪及紧固装置，并将试件安放在加载台上。 

(2)利用控制系统对试件进行预加载，使岩心试样获得1KN的载荷。 

(3)待岩心试样和系统参数稳定后对试件开始轴向加载，控制加载速率为0.0035mm／min，加载过程中对实验数据进行监测。 

(4)待轴向载荷达到岩心试样的抗压强度后，开始卸载直至载荷为零，卸载完成后，拆卸装置，取出试件，对岩心进行拍照，记录并保存相关数据和图形。 

6、对数据和曲线进行分析处理，得到每块岩心的弹性模量和抗压强度并进行分类。抗压强度即为加载过程中强度数据的最大值。求解弹性模量的方法为：应变=加载过程中轴向变形／岩心试件的长度；画出加载过程中的应力、应变图；求取曲线中直线段的斜率，即为弹性模量。 

7、分别对水泥模拟岩心、砂岩、页岩、白云岩的非标准尺寸岩心和对应的标准尺寸岩心的弹性模量进行绘图和总结，得到两者之间的关系，并确定判定相应岩石力学参数的方法。 

分别取每三块相同岩心试样计算结果的平均值，并记录在如表格中。 

分别绘制水泥块岩心、砂岩、页岩、白云岩弹性模量和岩心长度之间的关系曲线，如图1所示。