CN108896224A - 一种测地应力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测地应力的装置。其技术方案是：实验平板的底部设有调节螺旋座，在实验平板的上部依次安装水平器、激光发射器、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏和微测目镜，所述的水平器通过内部的气泡来检验实验平板是否水平；所述的激光发射器发射波长λ单色光，选用波长较长的红光；所述的单缝用于形成线光源，微测目镜用于测量数条亮纹间的距离。有益效果是：其设计合理，结构简单，操作简单，易于加工制造，便于携带，费用低廉，不仅准确测量岩石应变，而且利用岩石物理学参数同样可以实现地应力大小的确定，对油田高效开发有重要指导意义。而且，因为其便于携带，实用性强，可以在油田岩心库的使用。

Description

一种测地应力的装置

一、技术领域：

本发明及一种利用油井岩心测地应力的装置及使用方法，特别涉及一种测地应力的装置。

二、背景技术：

油气勘探开发过程中，现今地应力场的方向影响和控制着油田在开发过程中油、气、水的运移，通过现今地应力的研究，可以为油田开发中注采井网的布置、调整及开发方案设计等提供科学的背景资料，可以说地应力场的研究与油气勘探开发紧密相连，是油田油气勘探开发***工程中的重要环节之一，对油田后期压裂增产措施的实施也有一定的指导意义。因此，获取地层的分层地应力剖面对于油气田的开发具有重要意义。地应力剖面可以反映地应力场在纵向上的变化规律，准确获取分层地应力参数可以为钻井工程、油气藏工程和采油气工程等各个环节的决策和设计提供基础参数。大多数油田因为费用昂贵很少直接测量油井的地应力，而是通过声速法、压裂裂缝延伸方向统计法、井壁崩落法、井斜统计法。其中，声速法是直接对岩心进行测量而应用普遍，但岩心声速试验装置只能在实验室操作，不便携带，因此只能对油田带回的测量几块岩心，并且岩心声速试验与岩心的均一性有关，岩性不均一、微裂缝发育、层理等等都会导致声速试验的测量误差增大；另外，实践表明井斜统计法、井壁崩落法的准确度有限，很多时候缺乏地层倾角测井，井壁崩落位置定向也是难点，压裂资料法随然准确性较高，但很多油田的老井、油井的某一层段缺乏这种资料，并且以上方法也不能依据测得的地应力信息绘制地层的地应力剖面图。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种测地应力的装置，设计合理，使用方便，可操作性强。

本发明提到的一种测地应力的装置，其技术方案是：包括岩心直径-双缝转换器（A）、调节螺旋座（1）、三角支架（2）、水平器（3）、实验平板（5）、激光发射器（6）、滤光片（7）、单缝（8）、双缝（9）、遮光筒（10）、光屏（11）、微测目镜（12），所述的实验平板（5）的底部设有调节螺旋座（1），在实验平板（5）的上部依次安装水平器（3）、激光发射器（6）、滤光片（7）、单缝（8）、双缝（9）、遮光筒（10）、光屏（11）和微测目镜（12），所述的水平器（3）通过内部的气泡（4）来检验实验平板（5）是否水平；所述的激光发射器（6）发射波长λ单色光，选用波长较长的红光；所述的单缝（8）用于形成线光源，微测目镜（12）用于测量数条亮纹间的距离。

上述的岩心直径-双缝转换器（A）包括凹槽调节轴开关（15）、双缝凸槽（16）、双缝凹槽（17）、岩心（19）、标志线（20）、底盘方位角（21）、匀压弹簧组（22）、匀压板（23）、转换器主体（26），所述的转换器主体（26）为凹字形结构，左侧的上部连接调节轴，右侧内部安装匀压弹簧组（22），所述调节轴上设有凹槽调节轴开关（15），可调节双缝凹槽（17）与双缝凸槽（16）的间距，实验开始前应调节双缝凸槽（16）在双缝凹槽（17）的中间位置，以确保岩心能自由旋转测量不同方向的应变值变化；所述双缝凸槽（16）安设在匀压板（23）的顶部，所述的匀压板（23）通过匀压弹簧组（22）与转换器主体（26）的右侧凸起连接，在转换器主体（26）的中部凹槽处安装岩心（19），岩心上确定的标志线（20），以方便测量不同方向的岩心的应变值；岩心下设有底盘方位角，测量时岩心标志线以底盘方位角的示数确定的角度旋转。

上述的转换器主体（26）的右侧顶部设有双缝装置水平器（24），双缝装置水平器（24）内通过双缝装置水平器气泡（25）检验转换器主体（26）的水平；所述的转换器主体（26）底部安装双缝装置水平螺旋座（18）。

上述的微测目镜（12）包括弹簧（27）、目镜旋轮（28）、活动叉丝分划板（29）、螺杆（30）、主尺（31）、读数鼓轮（32）和目镜壳体（33），目镜壳体（33）内部安装弹簧（27）、活动叉丝分划板（29）、螺杆（30），螺杆（30）推动活动叉丝分划板（29）沿垂直于目镜光轴方向移动，目镜壳体（33）的上侧安装目镜旋轮（28），目镜壳体（33）的右侧连接主尺（31）和读数鼓轮（32），主尺刻度方向与千分尺相反，零点在右边，读取以 mm 为单位的整数部分，小数部分由读数鼓轮（32）上读出。

本发明提到的一种测地应力的装置的使用方法，包括以下步骤：

（1） 岩心准备工作，确定岩心的顶底，在岩心地面以及侧面绘制标志线，对于油田的未定向岩心做定向处理，确定标志线的准确方位；

（2） 将岩心放在底盘方位角上，使标志线对准某一方位角，记录该数值；

（3） 调节实验平板水平的调节螺旋座（1），通过调节螺旋座，可以使实验平板（5）水平；

（4） 调节双缝装置水平器（24），通过其可保证岩心直径-双缝转换器（A）水平；

（5） 打开凹槽调节轴开关（15），使双缝间距增大，同时打开光源，调节光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮；

（6） 放好滤光片、单缝，使单缝与双缝间距离约为5cm～10cm，使缝相互平行；

（7） 将凹槽调节轴开关（15）打开，调节使双缝凸槽在双缝凹槽的中间位置，以确保岩心能自由旋转测量不同方向的应变值变化，双缝中心大致位于遮光筒的轴线上,这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样；

（8） 关闭凹槽调节轴开关（15），将固定螺丝帽（13）与固定螺丝拧（14）旋紧，这样双缝凹槽便不能自由活动；

（9） 安装遮光筒、光屏，若出现在光屏上的光很弱，由于不共轴所致，使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；

（10）测双缝到屏的距离L可用米尺测多次，取平均值；经过计算，通过不同取心深度处的岩心地应力可以绘制油井的地应力剖面图。

本发明的有益效果是：其设计合理，结构简单，操作简单，易于加工制造，便于携带，费用低廉，不仅准确测量岩石应变，而且利用岩石物理学参数同样可以实现地应力大小的确定，对油田高效开发有重要指导意义。而且，因为其便于携带，实用性强，可以在油田岩心库的使用，因此可以实现岩心的全取心段的地应力方向、大小的确定，进而可以编制地层分层地应力剖面图，准确获取分层地应力参数可以为钻井工程、油气藏工程和采油气工程等各个环节的决策和设计提供基础参数。而且还可以大大节约油田在现今地应力确定方面的高额花费，此仪器可以为部分油田开发人员、钻井人员、地质勘探人员的常用仪器装备，具有较好的市场应用前景。

四、附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是岩心直径-双缝转换器的结构图；

附图3是微测目镜的结构示意图；

附图4是干涉条纹效果示意图；

附图5是岩心直径变化及主应力方向确定方法示意图；

上图中：岩心直径-双缝转换器A、调节螺旋座1、三角支架2、水平器3、气泡4、实验平板5、激光发射器6、滤光片7、单缝8、双缝9、遮光筒10、光屏11、微测目镜12、固定螺丝帽13、固定螺丝拧14、凹槽调节轴开关15、双缝凸槽16、双缝凹槽17、双缝装置水平螺旋座18、岩心19、标志线20、底盘方位角21、匀压弹簧组22、匀压板23、双缝装置水平器24、双缝装置水平器气泡25、转换器主体26、弹簧27、目镜旋轮28、活动叉丝分划板29、螺杆30、主尺31、读数鼓轮32、目镜壳体33。

五、具体实施方式：

结合附图1-5，对本发明作进一步的描述：

本发明提到的一种测地应力的装置，包括岩心直径-双缝转换器A、调节螺旋座1、三角支架2、水平器3、实验平板5、激光发射器6、滤光片7、单缝8、双缝9、遮光筒10、光屏11、微测目镜12，所述的实验平板5的底部设有调节螺旋座1，在实验平板5的上部依次安装水平器3、激光发射器6、滤光片7、单缝8、双缝9、遮光筒10、光屏11和微测目镜12，所述的水平器3通过内部的气泡4来检验实验平板5是否水平；所述的激光发射器6发射波长λ单色光，选用波长较长的红光；所述的单缝8用于形成线光源，微测目镜12用于测量数条亮纹间的距离。

岩心直径-双缝转换器A包括凹槽调节轴开关15、双缝凸槽16、双缝凹槽17、岩心19、标志线20、底盘方位角21、匀压弹簧组22、匀压板23、转换器主体26，所述的转换器主体26为凹字形结构，左侧的上部连接调节轴，右侧内部安装匀压弹簧组22，所述调节轴上设有凹槽调节轴开关15，可调节双缝凹槽17与双缝凸槽16的间距，实验开始前应调节双缝凸槽16在双缝凹槽17的中间位置，以确保岩心能自由旋转测量不同方向的应变值变化；所述双缝凸槽16安设在匀压板23的顶部，所述的匀压板23通过匀压弹簧组22与转换器主体26的右侧凸起连接，在转换器主体26的中部凹槽处安装岩心19，岩心上确定的标志线20，以方便测量不同方向的岩心的应变值；岩心下设有底盘方位角，测量时岩心标志线以底盘方位角的示数确定的角度旋转。

转换器主体26的右侧顶部设有双缝装置水平器24，双缝装置水平器24内通过双缝装置水平器气泡25检验转换器主体26的水平；所述的转换器主体26底部安装双缝装置水平螺旋座18。

微测目镜12包括弹簧27、目镜旋轮28、活动叉丝分划板29、螺杆30、主尺31、读数鼓轮32和目镜壳体33，目镜壳体33内部安装弹簧27、活动叉丝分划板29、螺杆30，螺杆30推动活动叉丝分划板29沿垂直于目镜光轴方向移动，目镜壳体33的上侧安装目镜旋轮28，目镜壳体33的右侧连接主尺31和读数鼓轮32，主尺刻度方向与千分尺相反，零点在右边，读取以mm 为单位的整数部分，小数部分由读数鼓轮32上读出。

一种利用油井岩心测地应力的使用方法，包括以下步骤：

（1） 岩心准备工作，确定岩心的顶底，在岩心地面以及侧面绘制标志线，对于油田的未定向岩心做定向处理，确定标志线的准确方位；

（2） 将岩心放在底盘方位角上，使标志线对准某一方位角，记录该数值；

（3） 调节实验平板水平的调节螺旋座1，通过调节螺旋座，可以使实验平板5水平；

（4） 调节双缝装置水平器24，通过其可保证岩心直径-双缝转换器A水平；

（5） 打开凹槽调节轴开关15，使双缝间距增大，同时打开光源，调节光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮；

（6） 放好滤光片、单缝，使单缝与双缝间距离约为5cm～10cm，使缝相互平行；

（7） 将凹槽调节轴开关15打开，调节使双缝凸槽在双缝凹槽的中间位置，以确保岩心能自由旋转测量不同方向的应变值变化，双缝中心大致位于遮光筒的轴线上,这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样；

（8） 关闭凹槽调节轴开关15，将固定螺丝帽13与固定螺丝拧14旋紧，这样双缝凹槽便不能自由活动；

（9） 安装遮光筒、光屏，若出现在光屏上的光很弱，由于不共轴所致，使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；

（10）测双缝到屏的距离L可用米尺测多次，取平均值；

（11）单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，用微测目镜测出相邻两条亮（暗）纹间的距离△x，由为了减小误差，可测出n条亮（暗）间的距离a，则:

（1）

（12）图样中相邻两条亮（暗）纹间的距离△x与双缝间的距离d、双缝到屏的距离L、单色光的波长λ之间满足：

（2）

（13）旋转岩心可以得到不同方向的岩心直径-双缝间距d，根据岩心钻头的标准直径可以求取对应方向的应变值：

（3）

其中，d1、d2为岩心全方位测量后的最大双缝距离与最小双缝距离，l为岩心钻头的标准直径，为最大应变方向的应变值，为最小主应变的应变值。对岩心定向后可以得到不同方向上岩心的应变值（如图5所示）；

（14）通过图五所示，可以判断该油井岩心对应深度处的最大主应力方向南东135°方向，最小主应力方向为南西225°方向，因为测量精度高可达10^-7m，所以可以求取对应的地应力大小：

将、两者单位均转换为标准单位米

（4）

其中，E为岩石静弹性模量，μ为泊松比，两者均可由岩石力学实验或者声速测井转化都得到为水平最大主应力，为水平最小主应力大小；

（15）通过不同取心深度处的岩心地应力可以绘制油井的地应力剖面图。

Claims (1)

1.一种测地应力的装置，其特征是：其使用方法包括以下步骤：

（1）岩心准备工作，确定岩心的顶底，在岩心底面以及侧面绘制标志线，对于油田的未定向岩心做定向处理，确定标志线的准确方位；

（2）将岩心放在底盘方位角上，使标志线对准某一方位角，记录该数值；

（3）调节实验平板水平的调节螺旋座（1），通过调节螺旋座，可以使实验平板（5）水平；

（4）调节双缝装置水平器（24），通过其可保证岩心直径-双缝转换器（A）水平；

（5）打开凹槽调节轴开关（15），使双缝间距增大，同时打开光源，调节光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮；

（6）放好滤光片、单缝，使单缝与双缝间距离约为5cm～10cm，使缝相互平行；

（7）将凹槽调节轴开关（15）打开，调节使双缝凸槽在双缝凹槽的中间位置，以确保岩心能自由旋转测量不同方向的应变值变化，双缝中心大致位于遮光筒的轴线上,这时在屏上就会看到白光的双缝干涉图样；

（8）关闭凹槽调节轴开关（15），将固定螺丝帽（13）与固定螺丝拧（14）旋紧，这样双缝凹槽便不能自由活动；

（9）安装遮光筒、光屏，若出现在光屏上的光很弱，由于不共轴所致，使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；

（10）测双缝到屏的距离L可用米尺测多次，取平均值；经过计算，通过不同取心深度处的岩心地应力可以绘制油井的地应力剖面图。