CN106368688A - 研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，该方法包括：将岩芯进行切片分割处理，然后进行CT扫描获取岩芯破裂前的CT扫描切片图；对岩芯加热加压，创造高温高压条件；进行裂缝监测，并记录裂缝产生与扩展现象；记录岩石破裂的温度条件；当达到设定温度时，保存振动波实时图像和对应岩芯温度；将破裂后的岩芯进行切片分割处理，再次进行CT扫描获取岩芯破裂后的CT扫描切片图；将破裂前后的CT扫描切片图进行处理，得到裂缝的长度和宽度，确定裂缝在岩芯中的位置和分布情况。该研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法可以判断岩芯产生破裂的时间和破裂温度条件，有助于识别裂缝在岩芯内部的产生位置和分布情况。
Description
技术领域
本发明涉及石油开发领域的可视化实验方法，特别是岩石在热采开发过程中受高温蒸汽作用产生破裂及裂缝分布的实验方法。
背景技术
热力采油是目前稠油油藏开发的有效方式，主要包括：热水驱、蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。其中，SAGD是开发浅层特超稠油油藏的有效方式，国内外油田已经对其进行推广应用，但是隔夹层的存在会遮挡SAGD蒸汽腔的扩展，影响开发效果，因而开展岩石在高温作用下产生热破裂的研究是十分有必要的。对于岩石而言，其内部各矿物之间的物理力学性质有较大的差异，在高温作用下，由于岩石内部各区域热变形不协调而产生热应力；当有地温梯度存在时，即使没有外部约束，也将产生较大的热应力。由这些因素引起的热应力很容易导致岩石中弱介质的破坏，从而改变岩体力学性质和力学行为。
目前，岩石热破裂研究常用的实验方法包括高温高压实验研究、热弹塑性方法、断裂损伤力学方法、数值模拟方法等。高温高压实验可以观察岩石受热后的变形和破坏特性，模拟岩石随应力状态和加热时间的蠕变变形规律，但其无法直观地看到岩石破裂过程中的应力场转移，也难以再现岩石的破裂过程。热弹塑性方法主要用于研究岩石在高温条件下的力学物理性质和脆-塑性变形的转化关系，通过对温度-应力共同作用下的岩石断口形态的分析研究，建立温度-应力共同作用下的岩石整体破坏准则，但其和高温高压实验一样无法观察到岩石内部结构变化；断裂损伤力学方法可以通过岩石力学分析判断裂纹的扩展和岩石损伤演化过程，确定裂缝随热应力变化的扩展分布规律，但其难以考虑岩石的非均质特性；数值模拟方法是将岩石作为具有热应力的多孔介质处理，考虑热-流-变形场之间的作用关系，应用热-应力耦合模型求解数学方程得到岩石的破裂条件和分布范围的，该方法能够考虑岩石的非均质性，但其对岩石热破裂过程中的损伤演化缺乏必要的描述，难以较好地模拟热破裂过程中裂缝的萌生扩展过程。为此我们发明了一种新的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，用于认识岩石在热采开发过程中的破裂情况。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，该研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法包括：步骤1，将岩芯进行切片分割处理，然后进行CT扫描获取岩芯破裂前的CT扫描切片图；步骤2，对岩芯加热加压，创造高温高压条件；步骤3，进行裂缝监测，并记录裂缝产生与扩展现象；步骤4，记录岩石破裂的温度条件；步骤5，当达到设定温度时，保存振动波实时图像和对应岩芯温度；步骤6，将破裂后的岩芯进行切片分割处理，再次进行CT扫描获取岩芯破裂后的CT扫描切片图；步骤7，将破裂前后的CT扫描切片图进行处理，得到裂缝的长度和宽度，确定裂缝在岩芯中的位置和分布情况。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，将岩芯沿垂向进行切片分割处理，设置切片平面分辨率为150μm，两个切片间距为0.15mm，然后进行CT扫描获取岩芯破裂前的CT扫描切片图。
在步骤6中，将岩石岩芯冷却处理，将破裂后的岩芯按与破裂前同样的方法进行切片分割处理，并保持与破裂前的分割面和分割数相同，再次进行CT扫描获取岩芯破裂后的CT扫描切片图。
在步骤2中，连接实验装置，通过加热棒对岩芯加热，通过岩芯夹持器固定岩芯并模拟岩芯四周所加的水平地应力，使岩芯处于高温高压的条件。
在步骤4中，通过连接岩芯的温度传感器接收温度信号，用测温仪记录岩芯温度，当电脑显示屏观察到裂缝产生现象时，记录此时的温度即为岩石破裂的温度条件。
在步骤5中，当未达到设定温度时，返回步骤2，重新加热加压。
在步骤7中，将破裂前后的CT扫描切片图进行灰度值对比处理，筛选出存在裂缝的切片，并对连续切片进行CT扫描放大处理，计算得到裂缝的长度和宽度，确定裂缝在岩芯中的位置和分布情况。
本发明中的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，在岩石高温高压三轴应力实验的基础上，模拟岩芯受热破裂产生裂缝的过程，通过裂缝检测***获得岩石破裂后内部结构的振动波图像，分析岩石受热产生破裂的时间和破裂温度条件；对破裂前后的岩芯先后进行CT扫描，通过对比分析岩芯各个方向上的切片和单元灰度值变化，观察岩芯颗粒的分布形态以及裂缝的分布与联通情况，从而识别出裂缝的分布范围。本发明的优点和效果在于：在岩石高温高压实验的基础上，利用裂缝检测***对反映岩芯内部结构的振动波图像进行了实时采集，从而得以判断岩芯产生破裂的时间和破裂温度条件；利用图像扫描技术，对比了岩石破裂前后的岩芯结构灰度值图片，有助于识别裂缝在岩芯内部的产生位置和分布情况。
附图说明
图1为本发明的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法的一具体实施例的流程图；
图2为本发明的一具体实施例中不同编号的典型岩芯切片所对应的岩石破裂前后的灰度值图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法的流程图。
在步骤101，将最初的岩芯沿垂向进行切片分割处理。设置切片平面分辨率为150μm，两个切片间距为0.15mm，然后进行CT扫描获取岩芯破裂前的CT扫描切片图。
在步骤102，通过加热***和岩芯夹持***对岩芯加热加压，创造高温高压条件。
在步骤103，通过加速度计接收岩芯内部振动波信号，经过裂缝监测***对振动信号的放大处理，反馈到电脑显示屏，实时动态地记录裂缝产生与扩展现象。
在步骤104，通过连接岩芯的温度传感器接收温度信号，用测温仪记录岩芯温度，当电脑显示屏观察到裂缝产生现象时，记录此时的温度即为岩石破裂的温度条件。
在步骤105，如果达到设定温度，对振动波实时图像和对应岩芯温度进行保存、压缩存储，流程进入到步骤106。如果未达到设定温度，返回步骤102，重新加热加压。
在步骤106，将破裂后的岩芯按与破裂前同样的方法进行切片分割处理，并保持与破裂前的分割面和分割数相同，再次进行CT扫描获取岩芯破裂后的CT扫描切片图。
在步骤107，将破裂前后的CT扫描切片图进行灰度值对比处理，筛选出存在裂缝的切片，并对连续切片进行CT扫描放大处理，计算得到裂缝的长度和宽度，确定裂缝在岩芯中的位置和分布情况。
在应用本发明的一具体实施例中，包括了以下步骤：
(1)将岩芯按垂向进行切片扫描，切片平面分辨率为150μm，两个切片间距为0.15mm，扫描后存储灰度值图片；
(2)连接实验装置，通过加热棒对岩芯加热，通过岩芯夹持器固定岩芯并模拟岩芯四周所加的水平地应力，使岩芯处于高温高压的条件；
(3)岩芯两端通过加速度计与裂缝检测***连接，当加热一段时间后，电脑显示屏出现裂缝产生现象；
(4)用温度传感器连接岩芯与测温仪，当电脑显示屏上出现振动波突变现象时，记录此时的温度为230℃，即为岩石受热后产生破裂的温度条件，当温度为270℃时，图2中的振动频率达到最大，说明此时岩芯内部破裂程度最明显；
(5)将岩石岩芯冷却处理，保持与最初破裂前的岩芯切片大小和数目相同，用CT扫描仪再次进行切片扫描，存储灰度值图片；
(7)对岩芯破裂前后的两组CT扫描灰度值图片进行对比分析，如图2所示，其中，左图为某一切片破裂前CT扫描图片，右图为某一切片破裂后CT扫描图片，从图2可以观察到岩芯破裂区域主要分布在靠近热源的区域，裂缝分布不规则，在岩芯边缘处存在一条主裂缝，在岩芯中心处存在多条微裂缝。
Claims (8)
1.研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，其特征在于，该研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法包括：
步骤1，将岩芯进行切片分割处理，然后进行CT扫描获取岩芯破裂前的CT扫描切片图；
步骤2，对岩芯加热加压，创造高温高压条件；
步骤3，进行裂缝监测，并记录裂缝产生与扩展现象；
步骤4，记录岩石破裂的温度条件；
步骤5，当达到设定温度时，保存振动波实时图像和对应岩芯温度；
步骤6，将破裂后的岩芯进行切片分割处理，再次进行CT扫描获取岩芯破裂后的CT扫描切片图；
步骤7，将破裂前后的CT扫描切片图进行处理，得到裂缝的长度和宽度，确定裂缝在岩芯中的位置和分布情况。
2.根据权利要求1所述的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，其特征在于，在步骤1中，将岩芯沿垂向进行切片分割处理，设置切片平面分辨率为150μm，两个切片间距为0.15mm，然后进行CT扫描获取岩芯破裂前的CT扫描切片图。
3.根据权利要求2所述的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，其特征在于，在步骤6中，将岩石岩芯冷却处理，将破裂后的岩芯按与破裂前同样的方法进行切片分割处理，并保持与破裂前的分割面和分割数相同，再次进行CT扫描获取岩芯破裂后的CT扫描切片图。
4.根据权利要求1所述的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，其特征在于，在步骤2中，连接实验装置，通过加热棒对岩芯加热，通过岩芯夹持器固定岩芯并模拟岩芯四周所加的水平地应力，使岩芯处于高温高压的条件。
5. 根据权利要求1所述的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，其特征在于，在步骤3中，岩芯两端通过加速度计与裂缝检测***连接，通过加速度计接收岩芯内部振动波信号，经过裂缝监测***对振动信号的放大处理，反馈到电脑显示屏，电脑显示屏出现裂缝产生现象，实时动态地记录裂缝产生与扩展现象。
6.根据权利要求1所述的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，其特征在于，在步骤4中，通过连接岩芯的温度传感器接收温度信号，用测温仪记录岩芯温度，当电脑显示屏观察到裂缝产生现象时，记录此时的温度即为岩石破裂的温度条件。
7.根据权利要求1所述的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，其特征在于，在步骤5中，当未达到设定温度时，返回步骤2，重新加热加压。
8.根据权利要求1所述的研究岩石受热破裂条件和裂缝分布的实验方法，其特征在于，在步骤7中，将破裂前后的CT扫描切片图进行灰度值对比处理，筛选出存在裂缝的切片，并对连续切片进行CT扫描放大处理，计算得到裂缝的长度和宽度，确定裂缝在岩芯中的位置和分布情况。
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