[发明专利]一种渗流力大小及其对地层有效应力影响的测量装置及方法

权利要求书

1.一种渗流力大小及其对地层有效应力影响的测量方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)利用钻井工具取地下岩心，选取结构完整的岩心，并加工成直径50cm、高100cm的圆柱形样品，将所述样品置于围压加载室，在所述样品的外壁自上而下等间距标记11个点作为测点，分别给所述样品的顶部和底部放置与所述样品半径相等的上渗透性承压钢片和下渗透性承压钢片，然后将样品套入透明橡胶套；

(2)打开真空泵，对所述样品进行两小时抽真空，然后关闭真空泵，通过非接触式三维形变测量系统，记录所述样品各测点轴向初始数据L₀₀，L₀₁，L₀₂……，L₁₀，,横向初始数据D₀₀，D₀₁，D₀₂……，D₁₀；将11个测点分成5段，计算每段轴向初始量λ₁(λ₁＝L₀₁-L₀₀),依次类推计算λ₂、λ₃、λ₄、λ₅，计算每段横向初始量γ₁(γ₁＝(D₀₁+D₀₀)/2)，依次类推计算γ₂、γ₃、γ₄、γ₅；

(3)启动围压加载系统，向围压加载室注入流体，同时打开排气阀，直到流体注满所述围压加载室后关闭所述排气阀，将围压加载到预定值，并保持围压不变；

(4)启动轴压伺服电机，对所述样品施加偏压至预定值，并保持偏压大小不变；

(5)待所述样品变形稳定后，记录所述样品各测点轴向位移量l₀，l₁，l₂……，l₁₀，横向位移量d₀，d₁，d₂……，d₁₀，计算方法同步骤(2)，依次类推计算各段轴向变形量L₁、L₂、L₃、L₄、L₅，横向变形D₁、D₂、D₃、D₄、D₅，以及此时压力测试装置的数值F₁；

由此得到无孔隙压力加载时所述样品各段轴向应变ε₁和横向应变ε₃分别为：

ε₁＇＝(L₁-λ₁)/λ₁，ε₁″＝(L₂-λ₂)/λ₂，同理可得ε₁″＇、ε₁″″、ε₁″″＇，ε₃＇＝(D₁-γ₁)/γ₁，ε₃″＝(D₂-γ₂)/γ₂，同理可得ε₃″＇、ε₃″″、ε₃″″＇；

根据公式可依次计算出样品五段的有效应力，分别为(σ₁＇，σ₃＇)，(σ₁″，σ₃″)，(σ₁″＇，σ₃″＇)，(σ₁″″，σ₃″″)，(σ₁″″＇，σ₃″″＇)，其中E为杨氏模量，μ为泊松比；

(6)启动孔压加载系统，向所述样品注流体，增大注入压力，并记录所述样品入口端孔隙压力值P₁；

(7)调节孔压加载系统向所述样品注流体时，由于流体在所述样品中流动的滞后性，水储集室内压力逐渐升高，待到水压稳定后，通过流压传感器记录水储集室内压力P₂、压力测试装置的数值F₂；

(8)岩心渗流力测量值J＝F₁-F₂；

(9)根据渗流力计算公式J＇＝r_w·i·V计算渗流力，其中P₁＝r_w·h₁，P₂＝r_w·h₂，其中r_w为水重度，i为压力梯度，V为样品体积，h₁、h₂分别为P₁和P₂对应的水头；

(10)当时，得到所述样品对应轴压、围压及流压梯度下的渗流力为J，否则重复步骤(1)～(9)的试验过程；

(11)记录并计算所述样品各测量点对应各段的轴向变形数据L₁＇、L₂＇……、L₅＇，横向变形数据D₁＇、D₂＇……、D₅＇，计算方法同步骤(2)；

(12)由此得到孔隙压力加载过程中所述样品各段轴向应变ε₁₁和横向应变ε₃₃分别为：

ε₁₁＇＝(L₁＇-λ₁)/λ₁，ε₁₁″＝(L₂＇-λ₂)/λ₂，同理可得ε₁₁″＇、ε₁₁″″、ε₁₁″″＇，ε₃₃＇＝(D₁＇-γ₁)/γ₁，ε₃₃″＝(D₂＇-γ₂)/γ₂，同理可得ε₃₃″＇、ε₃₃″″、ε₃₃″″＇；

同理由公式可依次计算出孔隙内有流体时五个测试段的有效应力，分别为(σ₁₁＇，σ₃₃＇)，(σ₁₁″，σ₃₃″)，(σ₁₁″＇，σ₃₃″＇)，(σ₁₁″″，σ₃₃″″)，(σ₁₁″″＇，σ₃₃″″＇)；

(13)各测点对应的测量段由渗流力产生的有效应力增量分别由公式：

σ_轴＇＝σ₁₁＇-σ₁＇，σ_径＇＝σ₃₃＇-σ₃＇；

σ_轴″＝σ₁₁″-σ₁″，σ_径″＝σ₃₃″-σ₃″；

σ_轴″＇＝σ₁₁″＇-σ₁″＇，σ_径″＇＝σ₃₃″＇-σ₃″＇；

σ_轴″″＝σ₁₁″″-σ₁″″，σ_径″″＝σ₃₃″″-σ₃″″；

σ_轴″″＇＝σ₁₁″″＇-σ₁″″＇，σ_径″″＇＝σ₃₃″″＇-σ₃″″＇；

依据步骤(13)得到的有效应力进行曲线拟合，从而确定所述样品在大小为J的渗流力作用下所述样品不同位置处有效应力变化规律。