一种利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法转让专利
申请号 : CN201510167358.8
文献号 : CN106153460B
文献日 : 2018-08-10
发明人 : 陈朝伟 , 项德贵 , 王倩 , 杨恒林 , 刘玉石 , 赵亦鹏 , 史肖燕 , 王思敏
申请人 : 中国石油天然气集团公司 , 中国石油集团钻井工程技术研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法,其包括以下步骤:
(1)将钻井过程中所产生的钻屑干燥后,进行抛光,然后采用扫描电镜确定钻屑所含矿物组分的粒径尺寸W大小;
(2)根据钻屑所含矿物组分的粒径尺寸W大小不同选择相应压头角度的探针,并且所述压头为维氏压头,对于所含矿物组分的粒径尺寸W小于或等于250微米的钻屑,采用探针压头钝角角度Φ为68°的探针;对于所含矿物组分的粒径尺寸W大于250微米且小于1000微米的钻屑,采用探针压头钝角角度Φ为86°的探针;
(3)根据钻屑所含矿物组分的粒径尺寸W大小和已选择的相应压头角度的探针,确定探针最大压入深度hmax,对于所含矿物组分的粒径尺寸W小于或等于250微米的钻屑,最大压入深度hmax≈2W,对于所含矿物组分的粒径尺寸W大于250微米且小于1000微米的钻屑,最大压入深度hmax≈W/3,然后利用探针对钻屑按设计的最大压入深度hmax进行垂直压入,记录压入过程中的载荷和位移数据,获得载荷—位移曲线;
(4)根据钻屑的载荷—位移曲线,计算出探针和岩屑的联合杨氏模量
其中S为接触刚度,其是通过对所述载荷—位移曲线中的卸载曲线求导,并在最大压入深度处取值而计算得到的;β=1.012;π为圆周率;当探针压头钝角角度Φ为68°时,A=24.5×hc2,且A的单位为μm2,当探针压头钝角角度Φ为86°时,A=818.04×hc2,且A的单位为μm2;其中hc=hmax-ε×Pmax÷S,且hc的单位为μm;其中hmax为载荷—位移曲线中的最大压入深度,单位为μm;ε=0.75;Pmax为载荷—位移曲线中的最大压入载荷,单位为N;S为接触刚度,其是通过对所述载荷—位移曲线中的卸载曲线求导,并在最大压入深度处取值而计算得到的;最终根据方程 计算出岩屑的杨氏模量E,即为岩石的杨氏模量,其中v为岩屑的泊松比,vi为探针的泊松比,Ei为探针的杨氏模量,单位为Gpa。
2.根据权利要求1所述的利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法,其还包括以下步骤:对钻井过程中所产生的多个钻屑按照步骤(1)-(4)得出岩屑的杨氏模量,通过求取平均值,得到岩石的杨氏模量。
3.根据权利要求1所述的利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法,其中,步骤(1)中的抛光是采用氩离子抛光机进行的。
4.根据权利要求1所述的利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法,其中,利用探针对钻屑进行垂直压入是采用微米压入仪。
说明书 :
一种利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法
技术领域
背景技术
发明内容
并在最大压入深度处取值而计算得到的(如图2所示,S=dP/dh);β=1.012;π为圆周率;当探针压头钝角角度Φ为68°时,A=24.5×hc2,且A的单位为μm2,当探针压头钝角角度Φ为
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86°时,A=818.04×hc ,且A的单位为μm ;其中hc=hmax-ε×Pmax÷S,且hc的单位为μm;其中hmax为载荷—位移曲线中的最大压入深度,单位为μm;ε=0.75;Pmax为载荷—位移曲线中的最大压入载荷,单位为N;S为接触刚度,其是通过对所述载荷—位移曲线中的卸载曲线求导,并在最大压入深度处取值而计算得到的;最终根据方程 计算
出岩屑的杨氏模量E,即为岩石的杨氏模量,其中v为岩屑的泊松比,vi为探针的泊松比,Ei为探针的杨氏模量,单位为Gpa。其中的β、ε都是与压头有关的常数,各类型的维氏压头的该常数数值一样。探针的杨氏模量和泊松比由探针的不同材质决定,对于金刚石探针而言,Ei=
1141GPa,νi=0.01;岩屑的泊松比是根据岩石种类不同而给定的泊松比经验数值。
附图说明
具体实施方式
并在最大压入深度处取值而计算得到的(如图2所示,S=dP/dh);β=1.012;π为圆周率;当探针压头钝角角度Φ为68°时,A=24.5×hc2,且A的单位为μm2,当探针压头钝角角度Φ为
2 2
86°时,A=818.04×hc ,且A的单位为μm ;其中hc=hmax-ε×Pmax÷S,且hc的单位为μm;其中hmax为载荷—位移曲线中的最大压入深度,单位为μm;ε=0.75;Pmax为载荷—位移曲线中的最大压入载荷,单位为N;S为接触刚度,其是通过对所述载荷—位移曲线中的卸载曲线求导,并在最大压入深度处取值而计算得到的;最终根据方程 计算
出岩屑的杨氏模量E,即为岩石的杨氏模量;其中v为岩屑的泊松比,vi为探针的泊松比,Ei为探针的杨氏模量,单位为Gpa;
终根据方程 分别计算出岩屑的杨氏模量E,即为岩石的杨氏模
量,其中Ei=1141GPa,vi=0.01,v=0.2。测试过程的数据及测试结果如表1所示。
页岩 SH4-1 34.6 30 0.2 21.2
页岩 SH4-2 35.3 30 0.2 22.2
页岩 SH4-3 61.1 100 0.2 23.3
页岩 SH4-4 64.9 100 0.2 21.0
泥岩 M1-1 39.8 30 0.2 32.1
泥岩 M1-2 49.1 30 0.2 23.0
泥岩 M1-3 46.3 30 0.2 22.1
细砂岩 S2-1 40.8 30 0.2 14.6
细砂岩 S2-2 42.3 30 0.2 14.1