一種定量分析巖石脆度的裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種定量分析巖石脆度的裝置及方法。本發明專利技術的裝置包括：構造有開口和通孔的樣品容器，其配置為容納巖心樣品；超聲波探頭，其配置為采集所述巖心樣品的聲發射信號；聲發射采集裝置，其配置為根據所述聲發射信號獲取聲發射參數；材料試驗裝置，其配置為向所述樣品容器內的所述巖心樣品提供應力以破壞所述巖心樣品；徑向應變規以及軸向應變規，其配置為配合所述材料試驗裝置獲取所述巖心樣品的應力?應變參數；數據分析裝置，其配置為根據所述巖心樣品被破壞過程中同步采集的所述聲發射參數以及所述應力?應變參數定量分析巖石脆度。根據本發明專利技術的裝置及方法能夠快速、簡便、準確地對各類巖心的巖石脆度進行定量分析。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及地質開發領域，具體說涉及一種定量分析巖石脆度的裝置及方法。
技術介紹
利用水力壓裂對儲層巖石進行改造是提高單井產量的重要手段，特別是對于滲透率極低的儲層水力壓裂更是其經濟有效開發的基礎。在水里壓裂工藝中，儲層脆度是判斷水力壓裂能否在儲層內形成復雜裂縫網絡的基礎，也是水力壓裂工藝參數優化和壓裂液優選的基礎。在現有技術中，一方面，針對頁巖提出了脆度指數的概念并用于指導現場，但由于其采用的脆度指數是用楊氏模量和泊松比兩個彈性參數或者“脆性礦物”的含量確定，而巖石的脆度是與破壞相關的參數，兩種計算脆度的方法均沒有反映巖石破壞的性質，因此其適用性受到限制，即在某些區域的頁巖內適用性強，而對其它區域、其它巖性適用性較差。另一方面，基于巖石的全應力-應變曲線的特征參數測定表征巖石的脆度。其中，特征參數主要為巖石的峰值強度和殘余強度。但由于獲得全應力-應變曲線對壓機剛度、控制系統要求高，常規壓機難以獲得巖石峰后特征，難以獲得全應力-應變曲線，特別對于頁巖更為如此。因此該方法的成功率不高。綜上，在現有技術中，針對巖石脆度的分析方法存在適用性不強、設備要求高、操作復雜以及成功率低等問題。因此，需要一種新的分析巖石脆度的裝置及方法。
技術實現思路
本專利技術提供了一種定量分析巖石脆度的裝置，所述裝置包括：樣品容器，其配置為容納巖心樣品，所述樣品容器上構造有開口和通孔；超聲波探頭，其通過所述通孔定位安裝在所述樣品容器中的巖心樣品上，配置為采集所述巖心樣品的聲發射信號；聲發射采集裝置，其配置為根據所述聲發射信號獲取聲發射參數；材料試驗裝置，其配置為向所述樣品容器內的所述巖心樣品提供應力以破壞所述巖心樣品；徑向應變規以及軸向應變規，其通過所述開口定位安裝在所述樣品容器的巖心樣品上，配置為配合所述材料試驗裝置獲取所述巖心樣品的應力-應變參數；數據分析裝置，其配置為根據所述巖心樣品被破壞過程中同步采集的所述聲發射參數以及所述應力-應變參數定量分析巖石脆度。在一實施例中，所述樣品容器為中空的圓筒狀。在一實施例中，所述裝置包括包含2個超聲波探頭，所述樣品容器構造有兩個通孔，兩個所述通孔分別構造在所述樣品容器的側壁上部和下部。在一實施例中，兩個所述通孔正交分布。在一實施例中，所述開口構造在所述樣品容器的側壁，所述開口的形狀與所述徑向應變規以及軸向應變規匹配。在一實施例中，所述超聲波探頭的采集超聲波帶寬為50KHz-750KHz。本專利技術還提出了一種定量分析巖石脆度的方法，所述方法包括：制備巖心樣品；對所述巖心樣品進行加載至破壞，在整個過程中同步采集所述巖心樣品的聲發射參數以及應力-應變參數；根據所述聲發射參數以及所述應力-應變參數分析所述巖心樣品的巖石脆度。在一實施例中，所述聲發射參數包括超聲波的波形、能量、上升時間參數。在一實施例中，根據所述聲發射參數以及所述應力-應變參數分析所述巖心樣品的巖石脆度，其中，根據能量累計與時間關系曲線進行定性表征，并利用巖石發生宏觀破壞前累計能量占比對巖石脆度進行定量分析。在一實施例中，所述巖石脆度的定量分析模型為：Bi=1-ΣEAE1ΣEAE2]]>其中，Bi為巖石的脆度系數，EAE1為達到宏觀破壞前聲發射累計能量值，EAE2為巖石達到宏觀破壞時聲發射累計能量值。。根據本專利技術的裝置及方法能夠快速、簡便、準確地對各類巖心的巖石脆度進行定量分析。本專利技術的其它特征或優點將在隨后的說明書中闡述。并且，本專利技術的部分特征或優點將通過說明書而變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而被了解。本專利技術的目的和部分優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的步驟來實現或獲得。附圖說明附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本專利技術的實施例共同用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的限制。在附圖中：圖1是根據本專利技術一實施例的方法流程圖；圖2是根據本專利技術一實施例的裝置結構簡圖；圖3為根據本專利技術一實施例的典型脆性巖石聲發射特征及定量評價圖；圖4為根據本專利技術一實施例的典型非脆性巖石聲發射特征及定量評價圖。具體實施方式以下將結合附圖及實施例來詳細說明本專利技術的實施方式，借此本專利技術的實施人員可以充分理解本專利技術如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程并依據上述實現過程具體實施本專利技術。需要說明的是，只要不構成沖突，本專利技術中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本專利技術的保護范圍之內。本專利技術提出了一種定量分析巖石脆度的方法。具體的，本專利技術的方法通過對巖石在被破壞過程中的聲發射參數以及應力-應變參數進行分析以獲取巖石脆度。接下來結合附圖詳細描述本專利技術的實施例的方法的實施過程。附圖的流程圖中示出的步驟可以在包含諸如一組計算機可執行指令的計算機系統中執行。雖然在流程圖中示出了各步驟的邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示出或描述的步驟。在本專利技術一實施例中，如圖1所示，首先制備巖心樣品(步驟S110)。具體的，在本專利技術一實施例中，按照國際巖石力學協會巖石力學實驗要求對巖心樣品長度、平行度及其端面進行加工處理，制備得到標準巖心樣品。然后對所述巖心樣品進行加載至破壞(步驟S120)。在整個破壞過程中同步采集所述巖心樣品的聲發射參數以及應力-應變參數(步驟S130)。具體的，在一實施例中，聲發射參數包括超聲波的波形、能量、上升時間參數。進一步的，在一實施例中，應力-應變參數為應力-時間曲線。最后根據聲發射參數以及應力-應變參數分析所述巖心樣品的巖石脆度(步驟S140)。具體的，在一實施例中，對同步采集的應力-應變參數、能量參數進行處理，根據能量累計與時間關系曲線進行定性表征，并利用巖石達到宏觀破壞前累計能量占比對巖石脆度進行定量分析。具體的，對于脆度強的巖石，前期聲發射事件少，釋放能量少，巖石破壞為爆發性破壞，巖石破壞前累計聲發射能量少；對于脆度弱的巖石，聲發射事件持續發生，巖石破壞為持續性微破壞，巖石破壞前累計聲發射能量多。對于采集到的聲發射能量等參數，通過計算巖石達到峰值前累計聲發射能量占比，可對巖石的脆度進行定量分析。即，巖石達到宏觀破壞前發生微破壞越多，聲發射釋放能量越多，則累計聲發射能量占比就越大，巖石脆度越低；而巖石達到宏觀破壞前發生微破壞越少，聲發射釋放能量越少，則累計聲發射能量占比就越小，巖石脆度越高；因此，從巖石脆度本質出發，在一實施例中，利用聲發射參數定量分析巖石脆度的數學模型為：其中，Bi為巖石的脆度系數，EAE1為達到宏觀破壞前聲發射累計能量值，EAE2為巖石達到宏觀破壞時聲發射累計能量值。進一步的，在本專利技術一實施例中，基于歷史數據，構造分析巖石脆度的量化模型如表1所示。表1本專利技術的方法從巖石破壞機理、巖石脆度的實質出發，利用巖石破壞前累計聲發射能量占巖石破壞發生時累計能量占比，對巖石的脆度進行分析。相較于現有技術，本專利技術的脆度分析結果更加.準確、合理，本專利技術的方法具有更強的適應性?；诒緦＠夹g的方法，本專利技術提出了一種定量分析巖石脆度的裝置。具體的，在本專利技術一實施例中，如圖2所示，裝置包括：樣品容器2，其配置為容納巖心樣品，樣品容器上構造有開口和通孔；超聲波探頭(3和4)，其通過通孔定位安裝在樣品容器2中的巖心樣品上，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種定量分析巖石脆度的裝置，其特征在于，所述裝置包括：樣品容器，其配置為容納巖心樣品，所述樣品容器上構造有開口和通孔；超聲波探頭，其通過所述通孔定位安裝在所述樣品容器中的巖心樣品上，配置為采集所述巖心樣品的聲發射信號；聲發射采集裝置，其配置為根據所述聲發射信號獲取聲發射參數；材料試驗裝置，其配置為向所述樣品容器內的所述巖心樣品提供應力以破壞所述巖心樣品；徑向應變規以及軸向應變規，其通過所述開口定位安裝在所述樣品容器的巖心樣品上，配置為配合所述材料試驗裝置獲取所述巖心樣品的應力?應變參數；數據分析裝置，其配置為根據所述巖心樣品被破壞過程中同步采集的所述聲發射參數以及所述應力?應變參數定量分析巖石脆度。

【技術特征摘要】
1.一種定量分析巖石脆度的裝置，其特征在于，所述裝置包括：樣品容器，其配置為容納巖心樣品，所述樣品容器上構造有開口和通孔；超聲波探頭，其通過所述通孔定位安裝在所述樣品容器中的巖心樣品上，配置為采集所述巖心樣品的聲發射信號；聲發射采集裝置，其配置為根據所述聲發射信號獲取聲發射參數；材料試驗裝置，其配置為向所述樣品容器內的所述巖心樣品提供應力以破壞所述巖心樣品；徑向應變規以及軸向應變規，其通過所述開口定位安裝在所述樣品容器的巖心樣品上，配置為配合所述材料試驗裝置獲取所述巖心樣品的應力-應變參數；數據分析裝置，其配置為根據所述巖心樣品被破壞過程中同步采集的所述聲發射參數以及所述應力-應變參數定量分析巖石脆度。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述樣品容器為中空的圓筒狀。3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括包含2個超聲波探頭，所述樣品容器構造有兩個通孔，兩個所述通孔分別構造在所述樣品容器的側壁上部和下部。4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，兩個所述通孔正交分布。5.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述開口構造在所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李永平，程興生，張智勇，吳國濤，王永賢，
申請(專利權)人：北京斯迪萊鉑油氣技術有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11