[发明专利]一种利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法

摘要

本发明提供了一种利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法。该方法包括以下步骤：利用扫描电镜确定钻井过程中所产生的钻屑所含矿物组分的粒径尺寸大小；根据钻屑所含矿物组分的粒径尺寸大小选择相应压头角度的探针；确定探针最大压入深度并利用探针对钻屑进行垂直压入，获得钻屑的载荷—位移曲线；根据钻屑的载荷—位移曲线，计算出岩石的杨氏模量。该方法通过微米压入技术对钻屑进行测试，能够准确地求取岩石杨氏模量参数；有效地消除岩屑非均匀性，避免了测试中的误差；能够在钻井现场实时地求取岩石杨氏模量参数，可为钻井和完井提供准确的岩石杨氏模量参数；测试成本低，精度高；有广阔的应用前景。

主权项

1.一种利用钻屑测试岩石杨氏模量的方法，其包括以下步骤：(1)将钻井过程中所产生的钻屑干燥后，进行抛光，然后采用扫描电镜确定钻屑所含矿物组分的粒径尺寸W大小；(2)根据钻屑所含矿物组分的粒径尺寸W大小不同选择相应压头角度的探针，并且所述压头为维氏压头，对于所含矿物组分的粒径尺寸W小于或等于250微米的钻屑，采用探针压头钝角角度Φ为68°的探针；对于所含矿物组分的粒径尺寸W大于250微米且小于1000微米的钻屑，采用探针压头钝角角度Φ为86°的探针；(3)根据钻屑所含矿物组分的粒径尺寸W大小和已选择的相应压头角度的探针，确定探针最大压入深度hmax，对于所含矿物组分的粒径尺寸W小于或等于250微米的钻屑，最大压入深度hmax≈2W，对于所含矿物组分的粒径尺寸W大于250微米且小于1000微米的钻屑，最大压入深度hmax≈W/3，然后利用探针对钻屑按设计的最大压入深度hmax进行垂直压入，记录压入过程中的载荷和位移数据，获得载荷—位移曲线；(4)根据钻屑的载荷—位移曲线，计算出探针和岩屑的联合杨氏模量其中S为接触刚度，其是通过对所述载荷—位移曲线中的卸载曲线求导，并在最大压入深度处取值而计算得到的；β＝1.012；π为圆周率；当探针压头钝角角度Φ为68°时，A＝24.5×h_c²，且A的单位为μm²，当探针压头钝角角度Φ为86°时，A＝818.04×h_c²，且A的单位为μm²；其中h_c＝h_max‑ε×P_max÷S，且h_c的单位为μm；其中h_max为载荷—位移曲线中的最大压入深度，单位为μm；ε＝0.75；P_max为载荷—位移曲线中的最大压入载荷，单位为N；S为接触刚度，其是通过对所述载荷—位移曲线中的卸载曲线求导，并在最大压入深度处取值而计算得到的；最终根据方程计算出岩屑的杨氏模量E，即为岩石的杨氏模量，其中v为岩屑的泊松比，v_i为探针的泊松比，E_i为探针的杨氏模量，单位为Gpa。