[发明专利]一种利用声发射法检测岩石脆度的方法

说明书

本发明涉及石油工程技术领域，特别是涉及石油工程水力压裂储层岩石脆度实验方法。为了克服现有岩石脆度检测评价方法适用性较差及对实验设备条件要求高的缺陷，本发明提供一种利用声发射法检测岩石脆度的方法和装置。所述装置包括材料试验机、声发射采集系统、超声波传感器、电缆；所述材料试验机对样品进行加载，超声波传感器监测样品发出的超声波并将声信号输入声发射采集系统，所述声发射采集系统对声发射参数进行处理。利用声发射采集系统对同步采集的振铃数进行处理，根据振铃数量与时间关系、总振铃数的上升形态判断岩石的脆度。该方法和装置能够快速、简便、准确地检测各类岩石脆度。

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，特别是涉及石油工程水力压裂储层岩石脆度实验方法。

背景技术

水力压裂技术是提高单井产量的重要手段，近年来随着北美页岩气水力压裂改造理念和工艺措施的创新，使得大量非常规油气的经济有效开发成为可能。其中岩石脆度参数是水力压裂选井选层和水力压裂优选、设计的基础。

国外以Rickman为代表，在SPE协会2008SPE Annual Technical Conference andExhibition会议论文“A Practical Use of Shale Petrophysics for StimulationDesign Optimization:All Shale Plays Are Not Clones of the Barnett Shale”中，针对页岩提出了脆度指数的概念用于指导现场，但由于其采用的脆度指数是用杨氏模量和泊松比两个弹性参数或者“脆性矿物”的含量确定，而岩石的脆度是与破坏相关的参数，两种计算脆度的方法均没有反映岩石破坏的性质，因此其适用性受到限制，即在国外某些区域的页岩内适用性强，而对其它区域、其它岩性适用性较差。

针对岩石脆度评价的方法，国内学者提出了新的测量方法，代表性文献为《岩石力学与工程学报》的“页岩脆性的室内评价方法及改进”，主要为基于岩石的全应力-应变曲线的特征参数测定表征岩石的脆度，特征参数主要为岩石的峰值强度和残余强度。但由于获得全应力-应变曲线对压机刚度、控制系统要求高，常规压机难以获得岩石峰后特征，因此难以获得全应力-应变曲线，特别对于页岩更为如此。

综合上述两种方法，目前岩石脆度检测评价方法存在的主要技术问题包括：

(1)适用性不强，目前方法仅对某些地区的页岩适用，而对其余岩性脆度的评价适用性较差；

(2)对实验设备条件要求高，操作复杂，成功率低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用声发射法检测岩石脆度的方法和装置。该方法和装置能够快速、简便、准确地检测各类岩石脆度。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种利用声发射法检测岩石脆度的方法，它的特点是，所述方法包括如下步骤：

(1)制备岩心样品；

(2)在材料试验机上安装岩心样品，将超声波传感器耦合固定于岩心上；

(3)将超声波传感器与声发射采集系统连接起来；

(4)利用材料试验机对岩心样品进行加载至破坏，并利用声发射采集系统同步采集整个加载过程中的声发射参数；所述声发射参数包括振铃数、总振铃数，上升时间参数；

(5)利用声发射采集系统对同步采集的振铃数进行处理，根据振铃数量与时间关系、总振铃数的上升形态判断岩石的脆度。总振铃数为台阶式上升，岩石的脆度强；总振铃数为斜坡式上升，岩石的脆度弱。

所述声发射参数还包括超声波的波形、能量。所述声发射采集系统包括计算机。所述声发射采集系统包括外参数输入端。