CN105738215A - 一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法 - Google Patents

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张广清
赵波
聂元训
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Abstract

本发明公开了一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，该新方法的实现主要通过差应变测试***和声发射监测***配合完成，差应变测试***通过数据采集器及粘贴在岩石试件表面的应变片，实时采集岩石试件各方向应变值随时间及围压的变化情况；声发射测试***通过安装在差应变围压仓表面的声发射探头，实时采集差应变实验过程中由于岩石试件压缩变形产生的声发射信号，并将声发射信号传输至声发射仪，声发射仪结合计算机软件处理得到声发射撞击数随时间的变化曲线，根据得到的声发射撞击数随时间的变化曲线确定声发射凯瑟尔效应点所对应的时刻。选择该时刻所对应的岩石试件应变值作为岩石野外状态应变值，并通过计算得到主应变值及主应力值，该主应力值即为野外实际主应力大小。

Description

一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法
技术领域
本发明属于室内油田地应力测量技术领域，具体涉及一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新实验方法。
背景技术
地应力作为地层中一种客观存在的自然力，影响着油气勘探和开发的全过程。在油气田钻井和开发中，掌握油气储集区域的地应力的大小和方位，可以为油气田开发井网布置和优选钻井泥浆的密度提供有力保证，同时可以减少或避免诸如漏、喷、塌、卡等事故的发生。因此对油田地应力大小和方向的测量和计算至关重要。目前油田地应力的测量，主要有资料分析法、有孔应力测量、岩芯分析法。资料分析方法，即通过对河流变迁、板块作用、地形起伏、地质构造等资料的分析，定性地给出大范围的地应力场的分布规律，很难进行精细的应力场研究；有孔应力测量，如水力压裂应力测量、井壁崩落应力方位测量等，可以给出比较精确的地应力测量结果，但是测量费用昂贵，不宜大范围开展；岩芯分析方法，该方法是有孔应力测量方法的派生方法，一般在室内进行测定，不需要大量的现场设备和人员，因此应用更为广泛。
差应变是一种通过室内岩芯实验确定野外三维应力方向及应力值的方法，属于岩芯分析法的范畴。在传统的差应变实验过程中，差应变实验取样之后，需要在余下的柱状钻井岩芯上钻取三轴实验试样。按三轴强度实验的要求将三轴实验试样放入三轴实验机，等压测试加围压过程中的岩石弹性波速，找出测量波速接近野外波速时的围压，并将该围压作为差应变实验的目标围压。传统的差应变实验需要三轴压缩实验装置及声波测试实验装置的配合，实验成本高，对操作人员要求高，且实验操作复杂，实验结果容易受到设备精度和人为操作因素的影响，亟需改进。因此，为了更简易更准确得开展室内地应力测量实验，发明该通过声发射和差应变联合测试地应力的新实验方法。
发明内容
为了解决上述现有差应变实验中存在的问题，本发明提供了一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，通过对传统差应变实验的改进，实现地应力的简易准确测量。
为此，本发明所采用的技术方案是：
一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，该方法需要差应变测试***和声发射测试***配合完成，差应变测试***通过数据采集器及粘贴在岩石试件表面的应变片，实时采集岩石试件各方向应变值随时间及围压的变化情况；声发射监测***与差应变测试***同时工作，主要通过安装在差应变围压仓表面的声发射探头，实时采集差应变实验过程中由于岩石试件压缩变形产生的声发射信号，并将声发射信号传输至声发射仪，声发射仪结合计算机软件处理，得到声发射撞击数随时间的变化曲线，并确定声发射凯瑟尔效应点所对应的时刻。凯瑟尔效应点所对应的时刻确定之后，选择同时刻下的岩石试件应变值作为岩石野外状态应变值，并通过计算得到主应变值及主应力值，该主应力值即为野外实际主应力大小。
如上所述差应变测试***，包括围压仓、应变片、数据采集器。
如上所述应变片均粘贴在岩石试件表面，数据采集器同时连接应变片和计算机。
如上所述声发射监测***，包括声发射仪、放大器和声发射探头，声发射探头通过数据线与放大器及声发射仪连接。
如上所述声发射探头，接触面用耦合剂涂抹之后，安置于围压仓表面。
如上所述差应变测试***和声发射监测***，在实验过程中必须同时开启，同时结束，且整个实验过程均保持开启状态。
本发明所述一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法的工作方式是：
将岩石试件放入围压仓之后，向围压仓内注入液压油，待液压油注满之后，关闭液压仓卸油阀，停止注油；然后同时开启差应变测试***和声发射监测***，并继续注油，实时采集实验过程中的应变值，围压值，及声发射撞击数随时间的变化情况；当声发射凯瑟尔效应点出现之后，停止注油，停止实验数据采集。
与现有差应变实验相比，本发明的特点和优点是：
该方法相比传统的差应变实验，不需要岩石三轴压缩实验装置及声波测试实验装置的配合，即不需要通过岩石在三轴压缩应力状态下的波速测试实验来确定差应变实验所需要施加围压的最大值，对实验设备要求更低，实验成本低廉；同时实验流程更加简洁，仅需要声发射监测装置的配合，即通过对岩石试件在等向压缩过程中产生的声发射信号的监测来确定岩石野外状态应变值，操作更加简易，避免了原有差应变实验中人为操作对实验结果的影响，实验结果更为准确；更为重要的是，通过声发射凯瑟尔效应来判断岩石试件的应变状态更为直接，更为准确，易于大范围推广。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1为本发明通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法的工作流程图；
附图标号说明：
1、围压仓；2、声发射探头；3、声发射仪；4、计算机；5、数据采集器；6、岩石试件；7、应变片。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提出了一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，该方法的实现需要差应变测试***和声发射监测***配合完成。
如图1所示，差应变测试***由围压仓1、粘贴在岩石试件6表面的应变片7、数据采集器5、计算机4以及连接他们的数据线组成。岩石试件6在等向围压作用下产生的应变值，首先由应变片7采集，并经数据线传输至数据采集器5，然后传输至计算机4，从而得到岩石试件6各表面应变值随时间的变化情况。
如图1所示，声发射监测***由放置在围压仓表面的声发射探头2、声发射仪3、计算机4以及连接他们的数据线组成。岩石试件6在围压所用下压缩变形，产生的声发射信号，首先由声发射探头2接收，并经数据线传输至声发射仪3，声发射仪3结合计算机2运算得到声发射撞击数随时间的变化曲线。
上述通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法的使用方法，具体包括以下步骤：
步骤1、将应变片7按传统差应变实验的要求粘贴在岩石试件6各表面，并将岩石试件6放置于围压仓底座处，同时通过数据线将应变片7与数据采集器5连接，将数据采集器5与计算机4相连；
步骤2、关闭围压仓1，并打开位于围压仓1顶部的卸油阀，向围压仓内部注入液压油，直至注满围压仓1，关闭卸油阀，并停止注油；
步骤3、通过声发射数据线将声发射探头2与声发射仪3相连，声发射仪3与计算机4相连，并将声发射探头2安放置围压仓1上表面；
步骤4、同时开启差应变测试***和声发射监测***，开始继续注油，实时采集实验过程中由于岩石试件6压缩变形产生的应变值及声发射信号随时间和围压的变化情况；
步骤5、持续观察实验过程中所得到的声发射撞击数随时间的变化曲线，当声发射凯瑟尔效应点出现之后，停止一切实验数据采集，并停止注油。
步骤6、根据声发射凯瑟尔效应点出现的时刻，确定同时刻下，由差应变测试***采集到的岩石试件6各表面的应变值，并以该应变值作为岩石试件6在野外状态的原始应变值，并通过计算得到主应变值及主应力值，该主应力值即为野外实际主应力大小。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，该方法的实现需要差应变测试***和声发射监测***配合完成，其特征在于：
与传统的差应变实验相比，本专利所介绍的新方法，不需要岩石三轴压缩实验装置及声波测试实验装置的配合，即不需要通过岩石在三轴压缩应力状态下的波速测试实验来确定差应变实验所需要施加围压的最大值，仅需要声发射监测装置的配合，即通过对岩石试件在等向压缩过程中产生的声发射信号的监测来确定岩石野外状态应变值；
所述新方法，对实验设备要求更低，实验成本低廉，同时实验流程更加简洁，操作更加简易，避免了原有差应变实验中人为操作对实验结果的影响，实验结果更为准确，同时通过声发射凯瑟尔效应来判断岩石试件的应变状态更为直接，更为准确，易于大范围推广。
2.根据权利要求1所述的一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，其特征在于：对声发射凯瑟尔效应的应用。
3.根据权利要求1所述的一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，其特征在于：差应变测试***，包括围压仓、应变片、数据采集器，围压仓所能承受最大压力为100MPa，且围压仓内的压力可以实时监测和采集。
4.根据权利要求1所述的一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，其特征在于：声发射监测***，包括声发射仪、放大器和声发射探头，声发射探头安装在围压仓上表面。
5.根据权利要求1所述的一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，其特征在于：差应变测试***和声发射监测***，在实验过程中必须同时开启，同时关闭。
6.根据权利要求1所述的一种通过声发射和差应变联合测试地应力的新方法，其特征在于：所需声发射探头数量为1-2个。
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