一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法技術

本發明專利技術公開了一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法，該新方法的實現主要通過差應變測試系統和聲發射監測系統配合完成，差應變測試系統通過數據采集器及粘貼在巖石試件表面的應變片，實時采集巖石試件各方向應變值隨時間及圍壓的變化情況；聲發射測試系統通過安裝在差應變圍壓倉表面的聲發射探頭，實時采集差應變實驗過程中由于巖石試件壓縮變形產生的聲發射信號，并將聲發射信號傳輸至聲發射儀，聲發射儀結合計算機軟件處理得到聲發射撞擊數隨時間的變化曲線，根據得到的聲發射撞擊數隨時間的變化曲線確定聲發射凱瑟爾效應點所對應的時刻。選擇該時刻所對應的巖石試件應變值作為巖石野外狀態應變值，并通過計算得到主應變值及主應力值，該主應力值即為野外實際主應力大小。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于室內油田地應力測量
，具體涉及一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新實驗方法。
技術介紹
地應力作為地層中一種客觀存在的自然力，影響著油氣勘探和開發的全過程。在油氣田鉆井和開發中，掌握油氣儲集區域的地應力的大小和方位，可以為油氣田開發井網布置和優選鉆井泥漿的密度提供有力保證，同時可以減少或避免諸如漏、噴、塌、卡等事故的發生。因此對油田地應力大小和方向的測量和計算至關重要。目前油田地應力的測量，主要有資料分析法、有孔應力測量、巖芯分析法。資料分析方法，即通過對河流變遷、板塊作用、地形起伏、地質構造等資料的分析，定性地給出大范圍的地應力場的分布規律，很難進行精細的應力場研究；有孔應力測量，如水力壓裂應力測量、井壁崩落應力方位測量等，可以給出比較精確的地應力測量結果，但是測量費用昂貴，不宜大范圍開展；巖芯分析方法，該方法是有孔應力測量方法的派生方法，一般在室內進行測定，不需要大量的現場設備和人員，因此應用更為廣泛。差應變是一種通過室內巖芯實驗確定野外三維應力方向及應力值的方法，屬于巖芯分析法的范疇。在傳統的差應變實驗過程中，差應變實驗取樣之后，需要在余下的柱狀鉆井巖芯上鉆取三軸實驗試樣。按三軸強度實驗的要求將三軸實驗試樣放入三軸實驗機，等壓測試加圍壓過程中的巖石彈性波速，找出測量波速接近野外波速時的圍壓，并將該圍壓作為差應變實驗的目標圍壓。傳統的差應變實驗需要三軸壓縮實驗裝置及聲波測試實驗裝置的配合，實驗成本高，對操作人員要求高，且實驗操作復雜，實驗結果容易受到設備精度和人為操作因素的影響，亟需改進。因此，為了更簡易更準確得開展室內地應力測量實驗，專利技術該通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新實驗方法。
技術實現思路
為了解決上述現有差應變實驗中存在的問題，本專利技術提供了一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法，通過對傳統差應變實驗的改進，實現地應力的簡易準確測量。為此，本專利技術所采用的技術方案是：一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法，該方法需要差應變測試系統和聲發射測試系統配合完成，差應變測試系統通過數據采集器及粘貼在巖石試件表面的應變片，實時采集巖石試件各方向應變值隨時間及圍壓的變化情況；聲發射監測系統與差應變測試系統同時工作，主要通過安裝在差應變圍壓倉表面的聲發射探頭，實時采集差應變實驗過程中由于巖石試件壓縮變形產生的聲發射信號，并將聲發射信號傳輸至聲發射儀，聲發射儀結合計算機軟件處理，得到聲發射撞擊數隨時間的變化曲線，并確定聲發射凱瑟爾效應點所對應的時刻。凱瑟爾效應點所對應的時刻確定之后，選擇同時刻下的巖石試件應變值作為巖石野外狀態應變值，并通過計算得到主應變值及主應力值，該主應力值即為野外實際主應力大小。如上所述差應變測試系統，包括圍壓倉、應變片、數據采集器。如上所述應變片均粘貼在巖石試件表面，數據采集器同時連接應變片和計算機。如上所述聲發射監測系統，包括聲發射儀、放大器和聲發射探頭，聲發射探頭通過數據線與放大器及聲發射儀連接。如上所述聲發射探頭，接觸面用耦合劑涂抹之后，安置于圍壓倉表面。如上所述差應變測試系統和聲發射監測系統，在實驗過程中必須同時開啟，同時結束，且整個實驗過程均保持開啟狀態。本專利技術所述一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法的工作方式是：將巖石試件放入圍壓倉之后，向圍壓倉內注入液壓油，待液壓油注滿之后，關閉液壓倉卸油閥，停止注油；然后同時開啟差應變測試系統和聲發射監測系統，并繼續注油，實時采集實驗過程中的應變值，圍壓值，及聲發射撞擊數隨時間的變化情況；當聲發射凱瑟爾效應點出現之后，停止注油，停止實驗數據采集。與現有差應變實驗相比，本專利技術的特點和優點是：該方法相比傳統的差應變實驗，不需要巖石三軸壓縮實驗裝置及聲波測試實驗裝置的配合，即不需要通過巖石在三軸壓縮應力狀態下的波速測試實驗來確定差應變實驗所需要施加圍壓的最大值，對實驗設備要求更低，實驗成本低廉；同時實驗流程更加簡潔，僅需要聲發射監測裝置的配合，即通過對巖石試件在等向壓縮過程中產生的聲發射信號的監測來確定巖石野外狀態應變值，操作更加簡易，避免了原有差應變實驗中人為操作對實驗結果的影響，實驗結果更為準確；更為重要的是，通過聲發射凱瑟爾效應來判斷巖石試件的應變狀態更為直接，更為準確，易于大范圍推廣。附圖說明以下附圖僅旨在于對本專利技術做示意性說明和解釋，并不限定本專利技術的范圍。其中，圖1為本專利技術通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法的工作流程圖；附圖標號說明：1、圍壓倉；2、聲發射探頭；3、聲發射儀；4、計算機；5、數據采集器；6、巖石試件；7、應變片。具體實施方式為了對本專利技術的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本專利技術的具體實施方式。如圖1所示，本專利技術提出了一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法，該方法的實現需要差應變測試系統和聲發射監測系統配合完成。如圖1所示，差應變測試系統由圍壓倉1、粘貼在巖石試件6表面的應變片7、數據采集器5、計算機4以及連接他們的數據線組成。巖石試件6在等向圍壓作用下產生的應變值，首先由應變片7采集，并經數據線傳輸至數據采集器5，然后傳輸至計算機4，從而得到巖石試件6各表面應變值隨時間的變化情況。如圖1所示，聲發射監測系統由放置在圍壓倉表面的聲發射探頭2、聲發射儀3、計算機4以及連接他們的數據線組成。巖石試件6在圍壓所用下壓縮變形，產生的聲發射信號，首先由聲發射探頭2接收，并經數據線傳輸至聲發射儀3，聲發射儀3結合計算機2運算得到聲發射撞擊數隨時間的變化曲線。上述通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法的使用方法，具體包括以下步驟：步驟1、將應變片7按傳統差應變實驗的要求粘貼在巖石試件6各表面，并將巖石試件6放置于圍壓倉底座處，同時通過數據線將應變片7與數據采集器5連接，將數據采集器5與計算機4相連；步驟2、關閉圍壓倉1，并打開位于圍壓倉1頂部的卸油閥，向圍壓倉內部注入液壓油，直至注滿圍壓倉1，關閉卸油閥，并停止注油；步驟3、通過聲發射數據線將聲發射探頭2與聲發射儀3相連，聲發射儀3與計算機4相連，并將聲發射探頭2安放置圍壓倉1上表面；步驟4、同時開啟差應變測試系統和聲發射監測系統，開始繼續注油，實時采集實驗過程中由于巖石試件6壓縮變形產生的應變值及聲發射信號隨時間和圍壓的變化情況；步驟5、持續觀察實驗過程中所得到的聲發射撞擊數隨時間的變化曲線，當聲發射凱瑟爾效應點出現之后，停止一切實驗數據采集，并停止注油。步驟6、根據聲發射凱瑟爾效應點出現的時刻，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法，該方法的實現需要差應變測試系統和聲發射監測系統配合完成，其特征在于：與傳統的差應變實驗相比，本專利所介紹的新方法，不需要巖石三軸壓縮實驗裝置及聲波測試實驗裝置的配合，即不需要通過巖石在三軸壓縮應力狀態下的波速測試實驗來確定差應變實驗所需要施加圍壓的最大值，僅需要聲發射監測裝置的配合，即通過對巖石試件在等向壓縮過程中產生的聲發射信號的監測來確定巖石野外狀態應變值；所述新方法，對實驗設備要求更低，實驗成本低廉，同時實驗流程更加簡潔，操作更加簡易，避免了原有差應變實驗中人為操作對實驗結果的影響，實驗結果更為準確，同時通過聲發射凱瑟爾效應來判斷巖石試件的應變狀態更為直接，更為準確，易于大范圍推廣。

【技術特征摘要】
1.一種通過聲發射和差應變聯合測試地應力的新方法，該方法的實現需要差應變測試系統和聲發射
監測系統配合完成，其特征在于：
與傳統的差應變實驗相比，本專利所介紹的新方法，不需要巖石三軸壓縮實驗裝置及聲波測試實驗裝
置的配合，即不需要通過巖石在三軸壓縮應力狀態下的波速測試實驗來確定差應變實驗所需要施加圍壓的
最大值，僅需要聲發射監測裝置的配合，即通過對巖石試件在等向壓縮過程中產生的聲發射信號的監測來
確定巖石野外狀態應變值；
所述新方法，對實驗設備要求更低，實驗成本低廉，同時實驗流程更加簡潔，操作更加簡易，避免了
原有差應變實驗中人為操作對實驗結果的影響，實驗結果更為準確，同時通過聲發射凱瑟爾效應來判斷巖
石試件的應變狀態更為直接，更為準確，易于大范圍推廣。
2.根據權利要求1所述的一種通過聲發射和差應變聯合測...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張廣清，趙波，聶元訓，
申請(專利權)人：中國石油大學北京，
類型：發明
國別省市：北京;11