一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法技术

本发明专利技术涉及石油工程岩石力学技术领域，尤其涉及一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法，包括：制备含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样；对含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样的裂缝的裂缝面进行处理，得到用于模拟具有相应粗糙度的天然裂缝的处理后的圆柱状岩石试样；记录处理后的圆柱状岩石试样的轴压的峰值和围压数据；基于处理后的圆柱状岩石试样的轴压的峰值和围压数据，计算处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的抗剪强度。能够实现对深部高温高压储层不同特征天然裂缝剪切强度的定量评价，可用于指导现场激活天然裂缝形成复杂缝网的压裂工程参数优化。复杂缝网的压裂工程参数优化。复杂缝网的压裂工程参数优化。

【技术实现步骤摘要】
一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法


[0001]本专利技术涉及石油工程岩石力学
，尤其涉及一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法。

技术介绍

[0002]近年来随着致密油、致密气、页岩气等非常规油气资源勘探开发步伐的加快，非常规油气资源已成为世界关注的热点。非常规油气储层的渗透性极低，油气在储层中的渗流能力极差，常规压裂技术形成的双翼缝不足以形成足够的泄流能力，难以获得理想产能，对此类储层多需要通过压裂形成高渗透通道。由于这些非常规储层普遍发育有不同类型的天然裂缝，是典型的裂缝性油气藏，其开发效果在很大程度上取决于人工水力裂缝沟通天然裂缝形成缝网的复杂程度，即在压裂改造形成一条或者多条主裂缝的同时，通过特别的技术实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分支形成二级次生裂缝，让主裂缝与多级次生裂缝交织形成裂缝网络系统，从而使裂缝壁面与储层基质的接触面积增大，大幅减小储层中油气从任意方向流向裂缝的渗流距离和渗流阻力，从而大幅度提高单井产量和最终采收率。那么，如何设计合理的泵注程序激活不同类型的天然裂缝，是实现压裂裂缝复杂程度最大化的关键。
[0003]受储层温度和地应力的影响，特别是深部高温高应力条件，天然裂缝一般发生剪切破裂，由于天然裂缝的剪切强度是衡量其发生剪切破裂的关键指标，因此，准确获取天然裂缝的剪切强度对指导泵注程序优化以激活天然裂缝具有重要意义。目前，天然裂缝剪切强度的测试方法相对简单，室内一般采用简单的直剪实验进行测试，主要存在的局限性包括：一方面无法考虑温度和围压的影响，另一方面，无法制备具有不同特征的天然裂缝，无法进行量化表征。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法。
[0005]本专利技术的一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法的技术方案如下：
[0006]制备含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样；
[0007]对含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样的裂缝的裂缝面进行处理，得到用于模拟具有相应粗糙度的天然裂缝的处理后的圆柱状岩石试样；
[0008]在处理后的圆柱状岩石试样上施加围压，当围压达到预设目标围压时，对处理后的圆柱状岩石试样进行加温至预设目标温度，然后施加轴向载荷，记录处理后的圆柱状岩石试样的轴压的峰值和围压数据；
[0009]基于处理后的圆柱状岩石试样的轴压的峰值和围压数据，计算所述处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的抗剪强度。
[0010]本专利技术的一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法的有益效果如下：
[0011]通过含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样，结合温压条件下的三轴压缩实验，实现了天然裂缝抗剪强度的计算，能够实现对深部高温高压储层不同特征天然裂缝剪切强度的定量评价，可用于指导现场激活天然裂缝形成复杂缝网的压裂工程参数优化。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例的一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法的流程示意图；
[0013]图2为露头岩石的示意图；
[0014]图3为含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样的示意图；
[0015]图4为坡度均方根计算粗糙度计算原理示意图
[0016]图5为三轴压缩实验中的处理后的圆柱状岩石试样的受力的示意图；
[0017]图6为裂缝面局部受力示意图；
[0018]1、辅助垫片；2、露头岩石；3、露头岩石的层理；4、辅助垫片的倾角；5、取样位置；6、岩石样品；7、裂缝面；8、轴向载荷加载方向；9、围压加载方向；10、轮廓线。
具体实施方式
[0019]如图1所示，本专利技术实施例的一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法，包括如下步骤：
[0020]S1、制备含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样；具体地：
[0021]选取天然露头岩石2，将露头岩石2的表面切割磨平，让露头岩石2的表面与露头岩石2的层理3方向平行。这样做的目的是，切割露头岩石2时，能保证切割的裂缝面光滑平整，而不容易产生新的次生裂缝，避免影响试验的结果，具体采用不同角度的辅助垫片1，制备不同层理倾角的岩石样品6即圆柱状岩石试样，其中，预设倾角为岩石层理为与水平面的夹角，在取样位置5取出样品尺寸为标准的圆柱状三轴实验岩样作为圆柱状岩石试样。为了保证加载时沿裂缝面发生剪切行为，选取的露头岩石2的层理3的最佳倾角为15
‑
60
°
，因此所选取的辅助垫片1的倾角4的角度为15
‑
60
°
，如图2所示。
[0022]S2、对含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样的裂缝的裂缝面7进行处理，得到用于模拟具有相应粗糙度的天然裂缝的处理后的圆柱状岩石试样；
[0023]其中，采用先切割技术，沿着圆柱状岩石试样的层理的方向即露头岩石2的层理3的方向，将岩石从中部切割为两部分，切开的平面即为裂缝面7。如图3所示。
[0024]S3、在处理后的圆柱状岩石试样上施加围压，当围压达到预设目标围压时，对处理后的圆柱状岩石试样进行加温至预设目标温度，然后施加轴向载荷，记录处理后的圆柱状岩石试样的轴压的峰值和围压数据；S4、基于处理后的圆柱状岩石试样的轴压的峰值和围压数据，计算处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的抗剪强度。
[0025]可选地，在上述技术方案中，获取处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的粗糙度过程包括：
[0026]S20、采用热缩管对处理后的圆柱状岩石试样进行固定包裹，并进行CT扫描，获取CT扫描图像；
[0027]S21、对CT扫描图像进行处理，得到每个采样截面对应裂缝中面的轮廓线10，计算
每个轮廓线10对应的粗糙度，根据所有轮廓线10对应的粗糙度，得到处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的粗糙度。其中，计算并将任一轮廓线10的坡度均方根，作为该轮廓线10对应的粗糙度。具体地：
[0028]对上下裂缝面7进行均匀打磨，模拟具有不同粗糙度的天然裂缝。待裂缝面7打磨后，采用热缩管进行固定包裹，包裹后对处理后的圆柱状岩石试样进行CT扫描，为了尽可能提高计算精度，CT扫描相邻采样的间距为1
‑
1.5mm，扫描后对图像进行图像分割、裂缝提取以及中面采样等数字化处理。对于每个采样截面对应裂缝中面的轮廓线10，采用坡度均方根描述每个轮廓线10的粗糙度Z2：
[0029][0030]其中x
i
，y
i
分别代表轮廓线10上离散点的坐标值，n是离散线段的数量。如图4所示。
[0031]其中，进行CT扫描的的相邻采样的间距的范围为1mm～1.5mm。
[0032]可选地，在上述技术方案中，根据所有轮廓线10对应的粗糙度，得到处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的粗糙度，包括：
[0033]将所有轮廓线10对应的粗糙度的平均值，作为处理后的圆柱状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法，其特征在于，包括：制备含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样；对含有预设倾角裂缝的圆柱状岩石试样的裂缝的裂缝面进行处理，得到用于模拟具有相应粗糙度的天然裂缝的处理后的圆柱状岩石试样；在处理后的圆柱状岩石试样上施加围压，当围压达到预设目标围压时，对处理后的圆柱状岩石试样进行加温至预设目标温度，然后施加轴向载荷，记录处理后的圆柱状岩石试样的轴压的峰值和围压数据；基于处理后的圆柱状岩石试样的轴压的峰值和围压数据，计算所述处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的抗剪强度。2.根据权利要求1所述的一种温差条件下天然裂缝剪切强度的测量方法，其特征在于，获取所述处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的粗糙度过程包括：采用热缩管对处理后的圆柱状岩石试样进行固定包裹，并进行CT扫描，获取CT扫描图像；对CT扫描图像进行处理，得到每个采样截面对应裂缝中面的轮廓线，计算每个轮廓线对应的粗糙度，根据所有轮廓线对应的粗糙度，得到所述处理后的圆柱状岩石试样对应的天然裂缝的粗糙度。3.根据权利要求2所述的一种温差条件下天然裂缝剪切强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭鹏，陈朝伟，赵庆，项德贵，任乐佳，王倩，刘伟，房超，翟文宝，冯枭，杨子轩，曹佳伟，高晔，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司北京石油机械有限公司，
类型：发明
国别省市：