[发明专利]一种用于测量岩石破碎能量的方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于测量岩石破碎能量的方法，包括：获取岩石样品的抗压强度数据；对岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录岩石样品在破碎过程中的切削力；根据当前切削力，结合抗压强度数据计算岩石样品的能量释放速率。本发明具有可操作性强和准确测定岩石破碎能量的特点，能够获取连续的岩石能量剖面，且可直观反映出岩石性质与层理裂缝对岩石破碎能量的影响，适用性强。

技术领域

本发明涉及石油勘探开发技术领域，尤其是涉及一种用于测量岩石破碎能量的方法及系统。

背景技术

在钻井过程中，常会伴随着地层岩石的破碎，在载荷的作用下，岩石内部的微裂隙不断萌生、发育、扩展、聚集和贯通，最终将导致岩石产生宏观破碎。岩石中新裂隙面的发展形成以及裂隙面之间的相对滑移，都会伴随能量的释放与耗散。岩石可钻性难易与破碎能量耗散有密不可分的关系，能量的吸收与释放是岩石变形破坏的根本原因。从力学角度进行分析，岩石的变形破坏过程实际上就是一个从局部耗散到局部破坏最终到整体的破裂的过程。另外，从能量的角度出发，可以更好地解释岩石的力学响应特点，为井壁稳定及岩石的可钻性评价提供科学的基础理论支撑。

目前，针对岩石破碎能量的测量方法大多基于破碎后岩样的形态进行定性分析，采用强度、脆性等单一参数作为间接判断标准，尚未提供一种具有直接、准确的岩石破碎能量的测定方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测量岩石破碎能量的方法，所述方法包括：获取岩石样品的抗压强度数据；对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力；根据所述切削力，结合所述抗压强度数据计算所述岩石样品的能量释放速率。

优选地，在对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力步骤中，包括：设置所述单轴连续划刻测试的测试参数，其中，所述测试参数包括所述岩石样品与刀片间的夹角、刀片每次下入岩样的深度和刀片的移动速度；按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面，其中，刀片的推进方向与岩样的轴向方向一致；在刻划过程中，实时生成所述刀片的受力状态信息。

优选地，利用如下表达式计算所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量：

其中，G表示所述岩石样品单位面积破碎状态所需的能量，ν表示所述抗压强度数据内的泊松比，E表示所述抗压强度数据内的杨氏模量，F_eq表示切削力，w表示刀片宽度，d表示刀片的下入深度。

优选地，在同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力步骤中，包括：获取刻划测试过程中刀具移动的实时位置坐标数据，将刀具几何中心位置坐标数据转换为切削力平面内裂缝尖端应力场的各个分布点的位置坐标数据，所述切削力平面为刀片水平移动方向和垂向方向所形成的平面；根据所述各个分布点的位置坐标数据，利用预先建立的关于所述切削力平面的应力解析模型，通过解析解应力函数解法，计算所述刀片在测试过程中所受应力的水平切向力和垂直切向力；基于当前所述岩石岩样的上表面与刻划刀片之间的夹角角度，根据所述水平切向力和垂直切向力，计算所述切削力。

优选地，刀片每次下入深度的范围为0.01mm～0.02mm；刀片移动速度小于10mm/s。

优选地，在按照所述测试参数，控制刻划装置内的刀片刻划过所述岩石样品的上表面步骤之前，还包括：对当前划刻测试的岩石样品进行表面平滑处理。

另一方面，本发明还提供了一种用于测量岩石破碎能量的系统，所述系统按照如上述所述的方法执行，所述系统包括：刻划装置，其用于对所述岩石样品进行单轴连续划刻测试，并同步记录所述岩石样品在破碎过程中的切削力；刻划控制及能量计算装置，其用于获取岩石样品的抗压强度数据，以及根据所述切削力，结合所述抗压强度数据计算所述岩石样品的能量释放速率。