一種油氣儲(chǔ)層巖石多場(chǎng)耦合硬度測(cè)試裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣儲(chǔ)層巖石力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種油氣儲(chǔ)層巖石多場(chǎng)耦合硬度測(cè)試裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)對(duì)油氣資源等能源需求的不斷增加，油氣缺口也越來(lái)越大，為了滿足國(guó)內(nèi)能源的供需平衡，石油、天然氣開采深度的不斷加深，非常規(guī)天然氣開采也加快步伐。而鉆井過(guò)程中涉及到的巖石力學(xué)也越來(lái)越復(fù)雜，隨著開采深度的增加，地溫不斷增加，地應(yīng)力、孔隙壓力也不斷加大，這些因素對(duì)鉆井安全性、高效性起到了至關(guān)重要的作用。而目前對(duì)巖石硬度領(lǐng)域的試驗(yàn)裝置僅停留在常溫、常壓條件下測(cè)試，與真實(shí)狀況下的硬度相差巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有硬度計(jì)設(shè)備的缺陷，本發(fā)明提供了一種油氣儲(chǔ)層巖石多場(chǎng)耦合硬度測(cè)試裝置及其使用方法，其是真實(shí)模擬油氣儲(chǔ)層巖石在應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、孔壓場(chǎng)多場(chǎng)耦合條件下的硬度測(cè)試的裝置，彌補(bǔ)了現(xiàn)有設(shè)備未考慮多場(chǎng)耦合引起的巖石硬度的變化特征，為石油工程鉆井提供了更加準(zhǔn)確的前期數(shù)據(jù)，且設(shè)備操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種油氣儲(chǔ)層巖石多場(chǎng)耦合硬度測(cè)試裝置，包括:
[0005]腔室，其內(nèi)部用于放置巖石試樣及巖石試樣周圍的液體介質(zhì)，所述液體介質(zhì)對(duì)巖石試樣周圍提供了一定的圍壓，圍壓大小可通過(guò)加載液體介質(zhì)的多少來(lái)設(shè)定；
[0006]施壓裝置，用于對(duì)巖石表面施加壓力；
[0007]升溫裝置，用于對(duì)腔室內(nèi)的液體介質(zhì)加熱，以調(diào)節(jié)巖石試樣的環(huán)境溫度；
[0008]孔隙加壓裝置，用于向巖石試樣內(nèi)部的孔隙填充介質(zhì)，使其達(dá)到試驗(yàn)設(shè)置孔隙壓力。
[0009]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述腔室設(shè)置有所述液體介質(zhì)進(jìn)口與液體介質(zhì)出口，所述液體介質(zhì)為液壓油。
[0010]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，還包括圍壓傳感器，用于測(cè)量所述液體介質(zhì)對(duì)巖石試樣施加的圍壓壓力值。
[0011]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述升溫裝置包括電阻絲和溫度傳感器，所述電阻絲設(shè)置在腔室內(nèi)部，用于對(duì)所述液體介質(zhì)加熱。
[0012]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述施壓裝置包括壓力桿，所述壓力桿與巖石試樣表面接觸，對(duì)其軸向施壓。
[0013]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述壓力桿設(shè)置有壓力油進(jìn)口，向其中充壓力油以提供壓力使壓力桿不斷壓入巖石，直到試樣破壞，停止試驗(yàn)。
[0014]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述壓力桿軸向方向上分別設(shè)置有位移傳感器及壓力桿應(yīng)力傳感器，所述位移傳感器用于測(cè)量壓力桿的上下位移，所述壓力桿應(yīng)力傳感器用于測(cè)量施加的壓力值。
[0015]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述孔隙加壓裝置包括與巖石表面接觸的孔隙壓力進(jìn)口以及孔隙壓力傳感器，通過(guò)所述孔隙壓力進(jìn)口向孔隙中注入介質(zhì)。
[0016]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述介質(zhì)為氣體或者壓力油。
[0017]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述硬度測(cè)試裝置還包括伺服系統(tǒng)，其可以保持巖石試樣所承受的圍壓、軸向壓力及孔隙壓力在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持恒定。
[0018]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述圍壓傳感器、壓力桿應(yīng)力傳感器及孔隙壓力傳感器分別與所述伺服系統(tǒng)連接。
[0019]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述巖石試樣表面加裝熱縮管，作用是將巖石與形成圍壓的液體介質(zhì)分開。
[0020]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述腔室內(nèi)根據(jù)其內(nèi)結(jié)構(gòu)，按照所需壓力的要求進(jìn)行高壓密封。密封位置的選取與密封結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)。
[0021]—種油氣儲(chǔ)層巖石多場(chǎng)耦合硬度測(cè)試裝置的使用方法，包括如下步驟:
[0022](I)安裝試樣:在巖石試樣表面加裝熱縮管，然后將所述巖石試樣試樣放入腔室內(nèi)；
[0023](2)試樣調(diào)整:調(diào)整壓力桿、位移傳感器使它們的尖端均與巖石表面接觸，將腔室內(nèi)信號(hào)線連通，然后關(guān)閉腔室；
[0024](3)圍壓加載:打開液體介質(zhì)進(jìn)口和出口，從液體介質(zhì)進(jìn)口注入液體介質(zhì)，直到液體介質(zhì)出口有連續(xù)液體介質(zhì)流出，關(guān)閉進(jìn)口 ；
[0025](4)升溫:利用電阻絲對(duì)腔室內(nèi)液壓油加溫，根據(jù)試驗(yàn)要求加溫至指定值即可，此時(shí)關(guān)閉液體介質(zhì)出口，達(dá)到目標(biāo)溫度后保持溫度不變；
[0026](5)孔隙壓力加載:根據(jù)試驗(yàn)要求，通過(guò)孔隙壓力進(jìn)口選擇注入介質(zhì)，使其達(dá)到試驗(yàn)設(shè)置孔隙壓力，孔壓通過(guò)孔隙壓力傳感器測(cè)試；
[0027](6)軸向加壓:試驗(yàn)通過(guò)位移控制或者壓力控制加載，通過(guò)壓力桿壓力油進(jìn)口提供壓力使壓力桿不斷壓入巖石，直到試樣破壞，停止試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程記錄壓力桿應(yīng)力傳感器和位移傳感器值。
[0028]作為進(jìn)一步的優(yōu)選，采用伺服系統(tǒng)用于將巖石試樣所承受的圍壓、軸向壓力及孔隙壓力在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持恒定，軸向壓力通過(guò)壓力桿應(yīng)力傳感器測(cè)試，圍壓通過(guò)圍壓傳感器測(cè)試。
[0029]本發(fā)明的有益效果是:
[0030]1、本發(fā)明提供了一種真實(shí)模擬油氣儲(chǔ)層巖石在應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、孔壓場(chǎng)多場(chǎng)耦合條件下的硬度測(cè)試的裝置。彌補(bǔ)了現(xiàn)有設(shè)備未考慮多場(chǎng)耦合引起的巖石硬度的變化特征，為石油工程鉆井提供了更加準(zhǔn)確的前期數(shù)據(jù)。
[0031]2、本發(fā)明采用伺服系統(tǒng)用于將巖石試樣所承受的圍壓、軸向壓力及孔隙壓力在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持恒定，進(jìn)一步提高了設(shè)備的穩(wěn)定性與測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)性。
[0032]3、本發(fā)明硬度測(cè)試裝置采用的均是常規(guī)元件，且裝置各元件組合合理，操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例油氣儲(chǔ)層巖石多場(chǎng)耦合硬度測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]附圖中標(biāo)記的說(shuō)明如下:1_腔室、2-試樣、3-進(jìn)油口、4-出油口、5-壓力桿、6-壓力油進(jìn)口、7-位移傳感器、8-軸向應(yīng)力傳感器、9-電阻絲、10-溫度傳感器、11-孔隙介質(zhì)進(jìn)氣(油)口、12-透氣(油)石、13-針孔插座、14-高壓密封、15-壓力桿應(yīng)力傳感器、16-孔隙壓力傳感器、17-圍壓傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明通過(guò)提供一種油氣儲(chǔ)層巖石多場(chǎng)耦合硬度測(cè)試裝置及其使用方法，其是真實(shí)模擬油氣儲(chǔ)層巖石在應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、孔壓場(chǎng)多場(chǎng)耦合條件下的硬度測(cè)試的裝置，彌補(bǔ)了現(xiàn)有設(shè)備未考慮多場(chǎng)耦合引起的巖石硬度的變化特征，為石油工程鉆井提供了更加準(zhǔn)確的前期數(shù)據(jù)，且設(shè)備操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。
[0036]為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0037]本申請(qǐng)實(shí)施例油氣儲(chǔ)層巖石多場(chǎng)耦合硬度測(cè)試裝置，包括:
[0038]腔室，其內(nèi)部用于放置巖石試樣及巖石試樣周圍的液體介質(zhì)，所述液體介質(zhì)對(duì)巖石試樣周圍提供了一定的圍壓，圍壓大小可通過(guò)加載液體介質(zhì)的多少來(lái)設(shè)定；
[0039]施壓裝置，用于對(duì)巖石表面施加壓力；
[0040]升溫裝置，用于對(duì)腔室內(nèi)的液體介質(zhì)加熱，以調(diào)節(jié)巖石試樣的環(huán)境溫度；
[0041]孔隙加壓裝置，用于向巖石試樣內(nèi)部的孔隙填充介質(zhì)，使其達(dá)到試驗(yàn)設(shè)置孔隙壓力。
[0042]所述腔室設(shè)置有所述液體介質(zhì)進(jìn)口與液體介質(zhì)出口，所述液體介質(zhì)為液壓油。
[0043]還包括圍壓傳感器，用于測(cè)量所述液體介質(zhì)對(duì)巖石試樣施加的圍壓壓力值。
[0044]所述升溫裝置包括電阻絲和溫度傳感器，所述電阻絲設(shè)置在腔室內(nèi)部，用于對(duì)所述液體介質(zhì)加熱。
[0045]所述施壓裝置包括壓力桿，所述壓力桿與巖石試樣表面接觸，對(duì)其軸向施壓。所述壓力桿設(shè)置有壓力油進(jìn)口，向其中充壓力油以提供壓力使壓力桿不斷壓入巖石，直到試樣破壞，停止試驗(yàn)。
[0046]所述壓力桿軸向方向上分別設(shè)置有位移傳感器及壓力桿應(yīng)力傳感器，所述位移傳感器用于測(cè)量壓力桿的上下位移，所述壓力桿應(yīng)力傳感器用于測(cè)量施加的壓力值。
[0047]所述孔隙加壓裝置包括與巖石表面接觸的孔隙壓力進(jìn)口以及孔隙壓力傳感器，通過(guò)所述孔隙壓力進(jìn)口向孔隙中注入介質(zhì)。所述介質(zhì)為氣體或者壓力油。
[0048]所述硬度測(cè)試裝置還包括伺服系統(tǒng)，其可以保持巖石試樣所承受的圍壓、軸向壓力及孔隙壓力在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持恒定。所述圍壓傳感器、壓力桿應(yīng)力傳感器及孔隙壓力傳感器分別與所述伺服系統(tǒng)連接。
[0049]所述巖石試樣表面加裝熱縮管，作用是將巖石與形成圍壓的液體介質(zhì)分開。
[0050]所述腔室內(nèi)根據(jù)其內(nèi)結(jié)構(gòu)，按照所需壓力的要