砾岩中砾石与杂基的胶结强度的测试方法与流程

本发明涉及砾岩油气开发研究，具体涉及一种砾岩中砾石与杂基的胶结强度的测试方法。

背景技术：

1、我国拥有世界上分布面积最大、储量最丰富的砾岩油藏，是我国未来非常规油气勘探开发的新增长点。砾岩储层不同于现有页岩、致密砂岩、煤层等非常规油气储层，具有砾石发育导致岩石非均质性极强的特点。在钻井、压裂、采油等开发过程中发现，砾石与杂基之间的胶结强度直接影响了储层的工程力学特性，是油藏开发工艺技术优化的关键，特别是对水力压裂裂缝形态的影响极大。该参数无法准确获取，制约了工程施工工艺的有效性。但是，现有的测试方法无法准确、简单的测试砾石与杂基的胶结强度这一关键参数，亟需发展新方法以完善现有技术方案的不足。

2、cn201310632690.8公开了一种简易岩石与混凝土胶结面剪切试验方法，用于检测两种介质胶结面的抗剪断强度，该方法包括：将被检测的岩石-混凝土胶结试件垂直设置，通过传力螺杆在两种介质胶结面处施以水平剪切力，由置于传力螺杆的应变传感器采集剪切过程中传感器的最大应变；所述传力螺杆和传感器轴线在同一水平线上，传感器底部具有与传力螺杆贴合的弧面。

3、cn201710744761.1公开了一种高温环境中不同载荷下胶结颗粒强度测试装置及方法，装置包括应力场加载装置、温度场加载装置、数据采集处理装置；其中，利用应力场加载装置，能对胶结颗粒进行压缩、剪切、弯扭、旋扭等力学特性试验；利用温度场加载装置可为试验创造高温环境，更加接近深部地层，增加试验结果的真实性；利用数据采集处理装置能定量得到并记录试验过程中胶结颗粒的各项参数变化情况，测定并记录胶结颗粒在多种加载条件下的应力应变过程，从细观基本颗粒单元角度描述岩石的破裂特性。

4、cn201910369299.0公开了一种砾岩胶结强度测试装置及方法与流程，砾岩胶结强度测试装置包括：固定座，固定座包括第一安装面和与第一安装面相对设置的第二安装面；支撑组件，支撑组件设置在第一安装面上，支撑组件用于固定砾岩；测试组件，测试组件设置在第二安装面上，测试组件包括传感件和压头件，压头件设置在传感件背离第二安装面的一侧，压头件用于压设在砾岩上；其中，支撑组件的至少部分相对于固定座可移动地设置，以在砾岩相对于压头件移动时，使传感件获取压头件作用于砾岩上的实时压力值。

5、上述专利均无法解决砾石与杂基胶结性质的测试问题。砾岩中砾石与杂基的胶结面一般情况下属于较弱的面，以上前两种方法都需要通过切割制作，在测试中需要胶结面，恰好为测试时的断裂面，样品制作复杂、难度大、准确性低；第三种测试方法虽然可以直接进行砾石与杂基胶结面的测试，其胶结强度是通过压针将砾石与包裹砾石的杂基进行剥离来测试胶结强度，由于砾石与杂基属于包裹和被包裹关系，胶结面为凹面，容易出现对砾石与杂基的胶结面面积估算不准，另外，测试所得的力除了包括胶结力外，还包含了砾石破坏胶结凹面边缘的力，导致胶结力偏大的问题，也无法准确获得胶结强度这一参数。

6、因此，亟需一种快速、准确测试砾岩中砾石与杂基的胶结强度的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有砾岩中砾石与杂基的胶结强度的测试方法存在无法准确、简单测试胶结强度，需要借助特定测试设备，以及加工过程易破碎等问题，提供一种新的测试砾岩中砾石与杂基的胶结强度的测试方法，该测试方法可以快速、准确地测得砾岩中砾石与杂基的胶结强度。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种砾岩中砾石与杂基的胶结强度的测试方法，所述测试方法包括：样品制备、断裂强度测试、全岩断裂面分析和胶结强度计算；

3、其中，所述砾石与杂基的胶结强度kgm通过公式(i)计算得到，其中，

4、

5、其中，k0、kg和km分别为全岩断裂强度、砾石断裂强度和杂基断裂强度，单位均为mpa；sg、sgm和sm分别为砾石断裂面面积、砾石剥落面面积和杂基断裂面面积，单位均为m2。

6、优选地，所述样品制备中，样品包括全岩样品、砾石样品和杂基样品。

7、优选地，所述全岩样品、砾石样品和杂基样品各自独立地选自巴西劈裂标准样品、三点弯曲样品。

8、优选地，当所述样品为巴西劈裂标准样品时，所述全岩样品、砾石样品和杂基样品的形状各自独立地为规则形状，优选选自圆柱，圆柱的厚度与直径的比值优选为0.5-1；或者，当所述样品为三点弯曲样品时，所述全岩样品、砾石样品和杂基样品的形状各自独立地为规则形状，优选选自长方体，长方体的长度与高度比值优选为4。

9、优选地，所述断裂强度测试的过程包括：

10、(1)当所述样品选自巴西劈裂标准样品时，将所述样品按照巴西劈裂测试方法进行实验，测试低的位移-载荷曲线，读取载荷峰值p，单位为n；其中，所述载荷峰值p包括全岩的巴西劈裂标准样品的载荷峰值p0、砾石的巴西劈裂标准样品的载荷峰值pg和杂基的巴西劈裂标准样品的载荷峰值pm；

11、(2)根据公式(ii)，分别计算得到所述全岩断裂强度k0、砾石断裂强度kg和杂基断裂强度km，其中，

12、

13、其中，i选自0、g和m；ki分别为k0、kg和km，单位均为mpa；pi分别为p0、pg和pm，单位均为n；di为d0、dg和dm，单位均为m；li为l0、lg和lm，单位均为m；π为3.14。

14、优选地，所述断裂强度测试的过程包括：

15、(1)当所述样品选自三点弯曲样品时，将所述样品按照三点弯曲测试方法进行实验，测试低的位移-载荷曲线，读取载荷峰值p’，单位为n；

16、其中，所述载荷峰值p’包括全岩的三点弯曲样品的载荷峰值p’0、砾石的三点弯曲样品的载荷峰值p’g和杂基的三点弯曲样品的载荷峰值p’m；

17、(2)通过公式(iii)，分别计算得到所述全岩断裂强度k0、砾石断裂强度kg和杂基断裂强度km，

18、

19、其中，i选自0、g和m；ki分别为k0、kg和km，单位均为mpa；li分别为l0、lg和lm，单位均为m；p’i为p’0、p’g和p’m，单位均为n；ti分别为t0、tg和tm，单位均为m；hi分别为h0、hg和hm，单位均为m；ai分别为a0、ag和am，单位均为m。

20、优选地，所述全岩断裂面分析的过程包括：

21、(1)当所述全岩样品经所述全岩断裂测试后，得到全岩样品断裂面；

22、(2)采集所述全岩样品断裂面的照片，并用imagej软件识别和计算所述全岩样品断裂面上的断裂面面积s；

23、其中，所述断裂面面积s包括：所述砾石断裂面面积sg、砾石剥落面面积sgm和杂基断裂面面积sm。

24、相比现有技术，本发明具有以下优势：

25、(1)本发明提供的测试方法，采用特定公式(i)，计算得到的砾岩中砾石与杂基的胶结强度值具有高精度的特点，避免了现有测试方法中胶结力要和胶结面测试不准确的问题；同时，该测试方法简单，易于操作和执行；

26、(2)本发明提供的测试方法，样品易加工，采用易于实现的规则形状(例如，圆柱或长方体等)，避免了砾岩胶结弱导致加工过程中易破碎的问题；

27、(3)本发明提供的测试方法，无需特殊的实验设备，普通岩石力学实验装置即可实现。

技术特征：

1.一种砾岩中砾石与杂基的胶结强度的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：样品制备、断裂强度测试、全岩断裂面分析和胶结强度计算；

2.根据权利要求1所述的测试方法，其中，所述样品制备中，样品包括全岩样品、砾石样品和杂基样品；

3.根据权利要求2所述的测试方法，其中，当所述样品为巴西劈裂标准样品时，所述全岩样品、砾石样品和杂基样品的形状各自独立地为规则形状，优选选自圆柱，圆柱的厚度与直径的比值优选为0.5-1；

4.根据权利要求3所述的测试方法，其中，所述样品制备中，当所述样品选自巴西劈裂标准样品时，全岩的巴西劈裂标准样品的直径d0为50mm，厚度l0为25mm；砾石的巴西劈裂标准样品的直径dg为50mm，厚度lg为25mm；杂基的巴西劈裂标准样品的直径dm为50mm，厚度lm为25mm。

5.根据权利要求3所述的测试方法，其中，所述样品制备中，当所述样品选自三点弯曲样品时，全岩的三点弯曲样品的跨距l0为100mm，宽t0为40mm，高h0为25mm，切口深度a0为12.5mm；砾石的三点弯曲样品的lg为100mm，宽tg为40mm，高hg为25mm，切口深度ag为12.5mm；杂基的三点弯曲样品的lm为100mm，宽tm为40mm，高hm为25mm，切口深度am为12.5mm。

6.根据权利要求4或5所述的测试方法，其中，所述断裂强度测试包括：全岩断裂强度测试、砾石断裂强度测试、杂基断裂强度测试。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其中，所述断裂强度测试的过程包括：

8.根据权利要求6所述的测试方法，其中，所述断裂强度测试的过程包括：

9.根据权利要求6所述的测试方法，其中，所述全岩断裂面分析的过程包括：

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的测试方法，其中，所述砾石与杂基的胶结强度kgm与砾石与杂基的理论胶结强度k满足公式(iv)：

技术总结
本发明涉及砾岩油气开发研究技术领域，具体涉及一种砾岩中砾石与杂基的胶结强度的测试方法。所述测试方法包括：样品制备、断裂强度测试、全岩断裂面分析和胶结强度计算；其中，所述砾石与杂基的胶结强度K<subgt;gm</subgt;通过公式(I)计算得到，K<subgt;0</subgt;、K<subgt;g</subgt;和K<subgt;m</subgt;分别为全岩断裂强度、砾石断裂强度和杂基断裂强度，单位均为MPa；S<subgt;g</subgt;、S<subgt;gm</subgt;和S<subgt;m</subgt;分别为砾石断裂面面积、砾石剥落面面积和杂基断裂面面积，单位均为m<supgt;2</supgt;。该测试方法解决了现有测试方法制样难、测试结果不准确、测试方法复杂等问题，具有测试流程简单、测试结果准确的优势。

技术研发人员：许宁,郭慧英,王子强,李震,张远凯,刘雯雯,周伟,孙雅婷,顾晓芳,苑凯君
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5