用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置、設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置、設(shè)備及方法，屬于石油鉆井領(lǐng)域。所述裝置包括：緊密圍繞泥頁(yè)巖樣品布置的彈性組件；固定在所述彈性組件上的應(yīng)變片；數(shù)據(jù)采集處理單元，用于在所述泥頁(yè)巖樣品水化的過程中采集所述應(yīng)變片的形變信號(hào)和/或應(yīng)力信號(hào)，并處理所述信號(hào)以獲得所述泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。相比現(xiàn)有技術(shù)，彈性條帶的設(shè)置解決了應(yīng)變片掉落或脫位的問題，將其固定在泥頁(yè)巖樣品表面?？梢跃珳?zhǔn)地測(cè)出形變或應(yīng)力隨時(shí)間的變化。本發(fā)明能夠在實(shí)驗(yàn)條件下模擬地層溫度、壓力、流體等井下物理?xiàng)l件，模擬井下一定深度的泥頁(yè)巖在實(shí)際鉆井液作用下的水化效果。
【專利說明】用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置、設(shè)備及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置、設(shè)備及方法，屬于石油鉆井工程領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]井壁穩(wěn)定問題一直是石油工程界的技術(shù)難題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%以上的井壁穩(wěn)定問題發(fā)生在泥頁(yè)巖井段，而泥頁(yè)巖井段的失穩(wěn)又與泥頁(yè)巖地層的水化密切相關(guān)，因此泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力是研究泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定性的重要參數(shù)之一。
[0003]在鉆井過程中，井眼的形成打破了地層原有的力學(xué)和化學(xué)平衡，盡管有井壁泥餅的保護(hù)，但泥頁(yè)巖地層與鉆井液在井下溫度和壓力條件下的接觸會(huì)產(chǎn)生離子交換作用；泥頁(yè)巖和鉆井液中水的化學(xué)勢(shì)差異產(chǎn)生了滲透作用；在井底壓差的作用下，鉆井液中的水會(huì)沿泥頁(yè)巖的微裂隙侵入，并且毛管力作用會(huì)產(chǎn)生滲析，這些作用使水敏性泥頁(yè)巖吸水膨脹，產(chǎn)生水化應(yīng)力，泥頁(yè)巖的膨脹使井周圍巖的應(yīng)力分布和材料特性發(fā)生顯著變化，這種變化具有時(shí)間效應(yīng)，隨著時(shí)間的推移井壁圍巖會(huì)失穩(wěn)，導(dǎo)致引發(fā)鉆井事故。
[0004]已經(jīng)存在與泥頁(yè)巖水化應(yīng)力的理論模型和預(yù)測(cè)相關(guān)的技術(shù)，但多數(shù)過于復(fù)雜，且部分參數(shù)難以定量，很難準(zhǔn)確計(jì)算。而與泥頁(yè)巖水化應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)測(cè)定相關(guān)的技術(shù)則較少，其主要原因是泥頁(yè)巖水化應(yīng)力測(cè)定的復(fù)雜性、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)手段的局限性，以及影響因素的多樣性等。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前水化應(yīng)力的確定方法大致可分為四種:模擬實(shí)驗(yàn)法、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系求取法、化學(xué)滲透壓理論計(jì)算法、依據(jù)礦物參數(shù)估算法。
[0005]( 1)模擬實(shí)驗(yàn)法是通過模擬地下泥頁(yè)巖與鉆井液相互作用的條件，通過測(cè)量保持巖芯不發(fā)生體積變形時(shí)所加的外部載荷來(lái)確定水化膨脹壓。認(rèn)為水化膨脹壓與外部載荷大小相等，方向相反，作用在同一表面上。實(shí)驗(yàn)巖樣可為天然巖芯，試驗(yàn)過程中應(yīng)盡可能恢復(fù)原地應(yīng)力、溫度以及飽和地層孔隙流體等，這是準(zhǔn)確測(cè)量水化膨脹壓的關(guān)鍵。該實(shí)驗(yàn)方法原理簡(jiǎn)單，可直接反映原地條件下泥頁(yè)巖與鉆井液間的相互作用，但需要大型的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006](2)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系求取膨脹壓是一種實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法。首先通過先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，測(cè)試研究粘土顆粒距離與短程斥力之間的關(guān)系，從而確定水化應(yīng)力與水化應(yīng)變之間的關(guān)系，即本構(gòu)方程。確定水化膨脹壓時(shí)，令水化應(yīng)變?yōu)榱?，根?jù)本構(gòu)關(guān)系可確定水化應(yīng)力。該方法原理簡(jiǎn)單，但在反映原地狀態(tài)下泥頁(yè)巖與鉆井液間的相互作用方面有一定的局限性，且需要昂貴精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
[0007](3)化學(xué)滲透壓計(jì)算法，假設(shè)泥頁(yè)巖水化應(yīng)力是由水分子的滲透作用引起的，認(rèn)為泥頁(yè)巖與鉆井液間存在非理想半透膜，允許水分子通過，選擇性的允許部分離子通過。其驅(qū)動(dòng)力為泥頁(yè)巖孔隙流體與鉆井液中的水的化學(xué)勢(shì)差。該方法確定水化膨脹壓的關(guān)鍵點(diǎn)在于準(zhǔn)確測(cè)量井下條件下泥頁(yè)巖的膜效率、地層孔隙流體的水活度及鉆井液流體的水活度。
[0008](4)礦物參數(shù)估算法，是根據(jù)…耶(古依)雙電層理論，利用膨脹性粘土礦物的顆粒間距、表面電荷種類和密度、比表面積、比親水量、層間離子種類及濃度等參數(shù)，估算水化膨脹壓。
[0009]以上四種方法優(yōu)缺點(diǎn)各不相同，且均具有一定的針對(duì)性。其中模擬實(shí)驗(yàn)法原理簡(jiǎn)單，可直觀反應(yīng)井底條件下鉆井液/泥頁(yè)巖間相互作用隨時(shí)間空間的變化關(guān)系，但需要大量的天然泥頁(yè)巖巖芯以及大型的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)前需要恢復(fù)巖石的原地狀態(tài)(包括溫度、壓力、地層流體),但由于應(yīng)變片易損壞以及膠套密封的問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成功率較低。應(yīng)力應(yīng)變實(shí)驗(yàn)法是一種實(shí)驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合預(yù)測(cè)水化膨脹壓的方法，但缺少一定的理論基礎(chǔ)，且需要先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)手段?；瘜W(xué)滲透壓計(jì)算法適用于確定膨脹性粘土的水化膨脹壓，模型沒有考慮鉆井液/泥頁(yè)巖間多組分離子等的傳遞，以及作用時(shí)間、作用空間(間距)的影響，在預(yù)測(cè)硬脆性泥頁(yè)巖的水化膨脹壓時(shí)有一定的局限性。礦物參數(shù)估算法巖樣需求量較小，且該方法實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，但該方法也僅適用于顆粒間距較大的膨脹性粘土的水化膨脹壓的確定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，即現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案針對(duì)性較強(qiáng)、對(duì)儀器設(shè)備精密度要求較高、設(shè)備體積大、嚴(yán)重依賴經(jīng)驗(yàn)缺乏理論基礎(chǔ)、僅適用于顆粒間距較大的膨脹性粘土，本發(fā)明提出了用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置、設(shè)備及方法。
[0011]本發(fā)明的裝置、設(shè)備及方法基于傳統(tǒng)巖石力學(xué)測(cè)定中的實(shí)驗(yàn)方法和泥頁(yè)巖特性，對(duì)泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)和提升，提出了一種原理簡(jiǎn)單、影響因素少、測(cè)試精度高的應(yīng)變片法。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)中的操作方法可以應(yīng)用于砂巖、石灰?guī)r、玄武巖等非水化巖石的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，但不適用于泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的測(cè)試。其主要原因是應(yīng)變片較小，泥頁(yè)巖水化膨脹，顆粒之間的作用力減弱，顆粒甚至?xí)稚㈤_，黏貼的應(yīng)變片會(huì)部分地從泥頁(yè)巖樣品上脫落，從而失去了其信號(hào)傳輸功能。
[0013]為了克服該問題，本發(fā)明的裝置采用彈性組件環(huán)繞泥頁(yè)巖樣品，彈性組件的彈性條帶內(nèi)放置應(yīng)變片，這樣即可測(cè)量試樣的變形和應(yīng)變大小，無(wú)論泥頁(yè)巖顆粒間作用力如何減小，應(yīng)變片都不會(huì)從泥頁(yè)巖樣品上脫落；而且為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，優(yōu)選地在軸向上放置4個(gè)應(yīng)變片，在周向上放置2個(gè)應(yīng)變片，通過數(shù)據(jù)處理，大大提高實(shí)驗(yàn)精度。最終實(shí)現(xiàn)了一種原理簡(jiǎn)單、影響因素少、測(cè)試精度高的用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置及相應(yīng)的設(shè)備和方法。
[0014]本發(fā)明提出了一種用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置，包括:緊密圍繞泥頁(yè)巖樣品布置的彈性組件；固定在所述彈性組件上的應(yīng)變片；數(shù)據(jù)采集處理單元，用于在所述泥頁(yè)巖樣品水化的過程中采集所述應(yīng)變片的形變信號(hào)和/或應(yīng)力信號(hào)，并處理所述信號(hào)以獲得所述泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。相比現(xiàn)有技術(shù)，彈性組件的設(shè)置解決了應(yīng)變片由于泥頁(yè)巖顆粒之間的作用力減弱而掉落或脫位的問題，將其固定在泥頁(yè)巖樣品表面。可以精準(zhǔn)地測(cè)出形變或應(yīng)力隨時(shí)間的變化。
[0015]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述彈性組件包括至少兩條沿軸向布置的第一彈性條帶和至少一條沿周向環(huán)繞式布置的第二彈性條帶。如此可以得到軸向、周向兩個(gè)方向上的形變量或應(yīng)力值，以此得出整個(gè)泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述彈性組件還包括位于軸向端部處的兩個(gè)片體狀的彈性端帽，所述彈性端帽覆蓋在所述泥頁(yè)巖樣品的端部，且所述第一彈性條帶沿軸向連接兩個(gè)所述彈性端帽。端帽的設(shè)置不僅能夠更好地固定彈性組件，也可以保證軸向條帶上的軸向應(yīng)力平均、穩(wěn)定地分布。
[0017]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述應(yīng)變片位于所述第一彈性條帶和所述第二彈性條帶的表面上，或被包裹在所述第一彈性條帶和所述第二彈性條帶的內(nèi)部。尤其是包括在彈性條帶內(nèi)部的方案，可以在井下溫度和壓強(qiáng)環(huán)境下一定程度地保護(hù)應(yīng)變片。
[0018]在一個(gè)實(shí)施方案中，位于所述第一彈性條帶上的所述應(yīng)變片在周向上相互錯(cuò)位(即該類應(yīng)變片并不處在同一條周線上),位于所述第二彈性條帶上的所述應(yīng)變片在軸向上相互錯(cuò)位(即該類應(yīng)變片并不處在同一條軸線上以保證更均勻地采點(diǎn)以對(duì)泥頁(yè)巖樣品進(jìn)行整體測(cè)量。
[0019]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一彈性條帶的數(shù)量為4條，所述第二彈性條帶的數(shù)量為2條。這可以在最大程度地節(jié)省材料的情況下保證所述裝置的測(cè)量精度。
[0020]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述數(shù)據(jù)采集處理單元包括與所述應(yīng)變片相連的傳感器和與所述傳感器相連的數(shù)據(jù)處理器，所述傳感器能夠測(cè)量所述應(yīng)變片的形變值和/或應(yīng)力值并傳送到所述數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器能夠?qū)λ邮盏降男巫冎岛?或應(yīng)力值進(jìn)行處理以獲取泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。
[0021]本發(fā)明還提出了一種用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的設(shè)備，包括:內(nèi)部布置有鉆井液的活塞釜，所述活塞釜能夠通過活塞的移動(dòng)控制內(nèi)部壓力；布置在所述活塞釜中的根據(jù)上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)所述的裝置；布置在所述活塞釜中的溫控裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述溫控裝置包括加熱電阻絲。
[0022]本發(fā)明還提出了通過根據(jù)上述設(shè)備來(lái)模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的方法，包括:步驟1:將泥頁(yè)巖樣品置于所述裝置內(nèi)；步驟2:將所述裝置和所述泥頁(yè)巖樣品置于所述設(shè)備的活塞釜中；步驟3:通過移動(dòng)所述活塞釜的活塞控制泥頁(yè)巖樣品周圍的壓力，通過所述溫控裝置控制所述泥頁(yè)巖樣品周圍的溫度，使得所述壓力和溫度與所模擬的井下環(huán)境一致；步驟4:通過所述數(shù)據(jù)采集處理單元采集在所述泥頁(yè)巖樣品的水化過程中所述應(yīng)變片的形變信號(hào)和/或應(yīng)力信號(hào)，并處理所述信號(hào)以獲得所述泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。
[0023]上述技術(shù)方案可以各種可行的方式相互組合，或采用等效物來(lái)替代，只要能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。
[0024]本發(fā)明提供了能測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力大小的裝置、設(shè)備和方法，能夠在實(shí)驗(yàn)條件下模擬地層溫度、壓力、流體等井下物理?xiàng)l件，模擬井下一定深度的泥頁(yè)巖在實(shí)際鉆井液作用下的水化效果。通過本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集功能可以實(shí)時(shí)記錄泥頁(yè)巖水化過程中的變形和應(yīng)力大小，克服了通過模型預(yù)測(cè)水化應(yīng)力因參數(shù)不確定和影響因素較多而導(dǎo)致水化應(yīng)力大小確定不準(zhǔn)的難題，實(shí)現(xiàn)了泥頁(yè)巖水化應(yīng)力的定量測(cè)量，提高了水化應(yīng)力大小評(píng)測(cè)的精度。通過本發(fā)明的裝置、設(shè)備和方法能研究水化應(yīng)力隨時(shí)間的變化情況，為泥頁(yè)巖井壁坍塌周期的確定提供了指導(dǎo)依據(jù)，為評(píng)價(jià)鉆井液抑制性提供了新方法。
[0025]本發(fā)明通過合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，有效減小了外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，對(duì)分散性較強(qiáng)的泥頁(yè)巖也有非常好的效果，為指導(dǎo)泥頁(yè)巖水化應(yīng)力定量測(cè)定和深入研究泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定機(jī)理提供了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究設(shè)備和方法。也可為鉆井液性能評(píng)價(jià)提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)指標(biāo)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]在下文中將基于僅為非限定性的實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0027]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置；
[0028]圖2顯示了包括圖1所示的裝置的設(shè)備。
[0029]在圖中，相同的構(gòu)件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。附圖并未按照實(shí)際的比例繪制。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將參照附圖來(lái)詳細(xì)地介紹本發(fā)明。
[0031]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置10。參照?qǐng)D1，裝置10包括緊密圍繞泥頁(yè)巖樣品9布置的彈性組件。如圖所示，彈性組件包括至少兩條沿軸向布置的第一彈性條帶1和至少一條沿周向環(huán)繞式布置的第二彈性條帶2，分別用于測(cè)量泥頁(yè)巖樣品9在軸向和周向上的形變和應(yīng)力。彈性組件還包括位于軸向端部處的兩個(gè)片體狀的彈性端帽3，彈性端帽3覆蓋在泥頁(yè)巖樣品9的端部，且第一彈性條帶1沿軸向連接兩個(gè)彈性端帽3。為提高測(cè)量精度，減小實(shí)驗(yàn)誤差，彈性組件應(yīng)由耐高溫、耐高壓、抗腐蝕和抗老化性能好的橡膠材料制成。
[0032]裝置10還包括固定在彈性組件上的應(yīng)變片4，用于測(cè)量泥頁(yè)巖樣品9的形變量和應(yīng)力。應(yīng)變片4可以位于第一彈性條帶1和第二彈性條帶2的表面上，或被包裹在第一彈性條帶1和第二彈性條帶2的內(nèi)部。為了有利于均勻合理地布置測(cè)量點(diǎn)，位于第一彈性條帶1上的應(yīng)變片4在周向上相互錯(cuò)位(即該類應(yīng)變片并不處在同一條周線上),位于第二彈性條帶2上的應(yīng)變片4在軸向上相互錯(cuò)位(即該類應(yīng)變片并不處在同一條軸線上
[0033]優(yōu)選地，第一彈性條帶1的數(shù)量為4條，第二彈性條帶2的數(shù)量為2條?？梢詫⒚總€(gè)方向上的多個(gè)應(yīng)變片4所提供的形變值或應(yīng)力值的平均值作為最終測(cè)試結(jié)果。
[0034]裝置10還包括數(shù)據(jù)采集處理單元5，用于在泥頁(yè)巖樣品9水化的過程中采集應(yīng)變片4的形變信號(hào)和/或應(yīng)力信號(hào)，并處理所述信號(hào)以獲得泥頁(yè)巖樣品9的水化應(yīng)力。
[0035]優(yōu)選地，數(shù)據(jù)采集處理單元5包括與應(yīng)變片4相連的傳感器和與傳感器相連的數(shù)據(jù)處理器，傳感器能夠測(cè)量應(yīng)變片4的形變值和/或應(yīng)力值并傳送到數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器能夠?qū)λ邮盏降男巫冎岛?或應(yīng)力值進(jìn)行處理以獲取泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。
[0036]圖2顯示了包括圖1所示的裝置10的設(shè)備50。
[0037]參照?qǐng)D2，本發(fā)明還提出了用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的設(shè)備50。設(shè)備50包括內(nèi)部布置有鉆井液14的活塞釜，活塞釜能夠通過活塞11的移動(dòng)控制內(nèi)部壓力，用于控制泥頁(yè)巖樣品周圍的環(huán)境壓力?；钊?1上可設(shè)置排氣與安全切銷15，用于保證設(shè)備50的安全。
[0038]設(shè)備50還具有布置在活塞釜中的如上所述的裝置10。圖2中還顯示了裝置10的數(shù)據(jù)采集處理單元5。
[0039]設(shè)備50還包括布置在活塞釜中的溫控裝置13，用于控制泥頁(yè)巖樣品周圍的環(huán)境溫度。溫控裝置13例如可以包括加熱電阻絲12。
[0040]本發(fā)明還提出了一種通過設(shè)備50來(lái)模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的方法，包括:
[0041]步驟1:將泥頁(yè)巖樣品置于裝置10內(nèi)；
[0042]步驟2:將裝置10和泥頁(yè)巖樣品9置于設(shè)備50的活塞釜中；
[0043]步驟3:通過移動(dòng)活塞釜的活塞11控制泥頁(yè)巖樣品9周圍的壓力，通過溫控裝置13控制泥頁(yè)巖樣品9周圍的溫度，使得所述壓力和溫度與所模擬的井下環(huán)境一致；
[0044]步驟4:通過數(shù)據(jù)采集處理單元5采集在泥頁(yè)巖樣品9的水化過程中應(yīng)變片4的形變信號(hào)和/或應(yīng)力信號(hào)，并處理所述信號(hào)以獲得泥頁(yè)巖樣品9的水化應(yīng)力。處理過程例如可以包括依據(jù)所采集的數(shù)據(jù)畫出形變值和應(yīng)力值隨時(shí)間變化的曲線圖。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的裝置10、設(shè)備50以及相應(yīng)的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)定泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力裝置的不足。本發(fā)明提出了可在高仿真條件下測(cè)定泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置10和設(shè)備50。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備50通過控壓功能和溫控功能對(duì)活塞釜中的鉆井液試樣進(jìn)行加壓和加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)泥頁(yè)巖所處的真實(shí)井下鉆井條件的模擬；通過數(shù)據(jù)采集處理單元，可以將巖樣品與鉆井液試樣接觸后發(fā)生的變形以信號(hào)的形式導(dǎo)出，準(zhǔn)確的記錄泥頁(yè)巖樣品在鉆井液作用下發(fā)生水化時(shí)所產(chǎn)生的變形及應(yīng)力大小，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均化處理能進(jìn)一步提高水化應(yīng)力測(cè)量精度。
[0046]根據(jù)本發(fā)明，可模擬地層溫度、壓力、流體等井下物理?xiàng)l件，從而模擬井下一定深度的泥頁(yè)巖在鉆井液作用下發(fā)生的水化效果，通過溫控功能可以達(dá)到對(duì)鉆井液溫度的精確控制，通過數(shù)據(jù)采集處理單元能定量測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的大小。
[0047]本發(fā)明通過合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，有效減小了外界因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，對(duì)分散性較強(qiáng)的泥頁(yè)巖也有非常好的效果，為指導(dǎo)泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力定量測(cè)定和深入研究泥頁(yè)巖井壁穩(wěn)定機(jī)理提供了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究設(shè)備和方法。也可為鉆井液性能評(píng)價(jià)提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)指標(biāo)。
[0048]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的裝置，包括: 緊密圍繞泥頁(yè)巖樣品布置的彈性組件； 固定在所述彈性組件上的應(yīng)變片； 數(shù)據(jù)采集處理單元，用于在所述泥頁(yè)巖樣品水化的過程中采集所述應(yīng)變片的形變信號(hào)和/或應(yīng)力信號(hào)，并處理所述信號(hào)以獲得所述泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述彈性組件包括至少兩條沿軸向布置的第一彈性條帶和至少一條沿周向環(huán)繞式布置的第二彈性條帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述彈性組件還包括位于軸向端部處的兩個(gè)片體狀的彈性端帽，所述彈性端帽覆蓋在所述泥頁(yè)巖樣品的端部，且所述第一彈性條帶沿軸向連接兩個(gè)所述彈性端帽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述應(yīng)變片位于所述第一彈性條帶和所述第二彈性條帶的表面上，或被包裹在所述第一彈性條帶和所述第二彈性條帶的內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，位于所述第一彈性條帶上的所述應(yīng)變片在周向上相互錯(cuò)位，位于所述第二彈性條帶上的所述應(yīng)變片在軸向上相互錯(cuò)位。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一彈性條帶的數(shù)量為4條，所述第二彈性條帶的數(shù)量為2條。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理單元包括與所述應(yīng)變片相連的傳感器和與所述傳感器相連的數(shù)據(jù)處理器，所述傳感器能夠測(cè)量所述應(yīng)變片的形變值和/或應(yīng)力值并傳送到所述數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)處理器能夠?qū)λ邮盏降男巫冎岛?或應(yīng)力值進(jìn)行處理以獲取泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。
8.用于模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的設(shè)備，包括: 內(nèi)部布置有鉆井液的活塞釜，所述活塞釜能夠通過活塞的移動(dòng)控制內(nèi)部壓力； 布置在所述活塞釜中的根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的裝置； 布置在所述活塞釜中的溫控裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述溫控裝置包括加熱電阻絲。
10.用于通過根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備來(lái)模擬式測(cè)量泥頁(yè)巖的水化應(yīng)力的方法，包括: 步驟1:將泥頁(yè)巖樣品置于所述裝置內(nèi)； 步驟2:將所述裝置和所述泥頁(yè)巖樣品置于所述設(shè)備的活塞釜中； 步驟3:通過移動(dòng)所述活塞釜的活塞控制泥頁(yè)巖樣品周圍的壓力，通過所述溫控裝置控制所述泥頁(yè)巖樣品周圍的溫度，使得所述壓力和溫度與所模擬的井下環(huán)境一致； 步驟4:通過所述數(shù)據(jù)采集處理單元采集在所述泥頁(yè)巖樣品的水化過程中所述應(yīng)變片的形變信號(hào)和/或應(yīng)力信號(hào)，并處理所述信號(hào)以獲得所述泥頁(yè)巖樣品的水化應(yīng)力。
【文檔編號(hào)】G01L1/04GK104458071SQ201310425595
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】路保平, 金衍, 楊順輝, 盧運(yùn)虎, 豆寧輝, 朱千千, 趙向陽(yáng), 牛成成 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院