本發(fā)明涉及石油開采領(lǐng)域，具體而言，涉及一種油砂巖石的力學(xué)參數(shù)測試方法。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會生活的不斷進(jìn)步，大量利用的常規(guī)能源的生產(chǎn)規(guī)模已不能滿足目前市場的需求。在這種嚴(yán)峻的形勢下，非常規(guī)能源表現(xiàn)出巨大的資源潛力，油砂即是一種非常規(guī)能源，而且我國油砂的資源儲量非常豐富。

油砂是一種由砂質(zhì)、瀝青、粘土和水等的混合物，油砂和傳統(tǒng)的巖石有很大區(qū)別，通常表現(xiàn)為油砂儲層疏松、塑性較強(qiáng)，采用常規(guī)巖石力學(xué)方法難以對油砂測取力學(xué)參數(shù)。

具體地，對油砂進(jìn)行巖石力學(xué)試驗以測取力學(xué)參數(shù)的工作主要存在以下難點：

(1)試件制作困難：在油砂試件制作過程中，取心機(jī)鉆進(jìn)油砂巖石過程中產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致瀝青熔化，巖心疏松發(fā)生形變。

(2)塑性較強(qiáng)：由于油砂容易疏松軟化，無法對油砂試件進(jìn)行單軸抗壓試驗，必須對油砂試件加載一定的圍壓和孔壓才能進(jìn)行試驗，但圍壓和孔壓的大小不易控制。

(3)加載速率不易控制：由于油砂的破壞方式為剪切破壞，且無明顯的破壞強(qiáng)度，因此試驗過程中加載速率直接影響油砂的最終破壞形式和破壞強(qiáng)度。

(4)粘土吸附：由于必須加注圍壓和孔壓，導(dǎo)致油砂中的粘土?xí)S孔壓的注水而流出并吸附在管壁上造成堵塞注水管道，導(dǎo)致局部壓力增大，損壞試驗儀器。

(5)隔離困難：油砂由于溫敏性較強(qiáng)，常規(guī)熱縮管加熱到300℃左右油砂開始變形，因此無法用傳統(tǒng)的熱縮管進(jìn)行樣品與圍壓油的隔離。

綜上，鑒于油砂巖石力學(xué)試驗的種種難題，目前無法準(zhǔn)確測試油砂巖石的力學(xué)參數(shù)，這一定程度上限制了測取油砂巖石力學(xué)參數(shù)的工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種油砂巖石的力學(xué)參數(shù)測試方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法準(zhǔn)確測試油砂巖石的力學(xué)參數(shù)的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提供了一種油砂巖石的力學(xué)參數(shù)測試方法，包括以下步驟：對油砂巖石進(jìn)行取心操作以獲得油砂巖心，并對油砂巖心進(jìn)行打磨處理，其中，在取心操作和打磨處理的過程中進(jìn)行冷凍操作；對獲得的油砂巖心的周向側(cè)面進(jìn)行封裝，并在 油砂巖心的端部安裝濾網(wǎng)，以獲得油砂試件；將油砂試件安裝在試驗設(shè)備上，對油砂試件進(jìn)行加載試驗，以試驗并獲取力學(xué)參數(shù)。

進(jìn)一步地，冷凍操作為：在對油砂巖石進(jìn)行取心操作以獲得油砂巖心的過程中，利用取心機(jī)上的取心筒鉆取油砂巖心，并向取心筒噴液氮進(jìn)行降溫處理；在打磨油砂巖心的過程中，利用液氮切割機(jī)打磨平整油砂巖心的兩個端面。

進(jìn)一步地，對獲得的油砂巖心的周向側(cè)面進(jìn)行封裝為：利用乳膠膜套住油砂巖心的周向側(cè)面，以通過乳膠膜將油砂巖心的周向側(cè)面與外部隔離。

進(jìn)一步地，在油砂巖心的端部安裝濾網(wǎng)為：將濾網(wǎng)分別放置在油砂巖心的兩個端面上，利用乳膠膜套住濾網(wǎng)的邊沿，其中，濾網(wǎng)與油砂巖心的端面接觸。

進(jìn)一步地，濾網(wǎng)的直徑大于油砂巖心的直徑。

進(jìn)一步地，在將油砂試件安裝在試驗設(shè)備上的過程中，油砂試件的軸線與試驗設(shè)備的測試上壓頭的軸線在同一條直線上，測試上壓頭壓緊濾網(wǎng)，且乳膠膜套住測試上壓頭。

進(jìn)一步地，測試上壓頭的直徑小于或等于濾網(wǎng)的直徑。

進(jìn)一步地，在對油砂試件進(jìn)行加載試驗的過程中，先利用油液浸沒油砂試件以使油砂試件達(dá)到預(yù)定溫度，當(dāng)油砂試件達(dá)到預(yù)定溫度后，再對油砂試件進(jìn)行加載壓力以試驗測得力學(xué)參數(shù)。

進(jìn)一步地，對油砂試件進(jìn)行加載壓力的過程包括：對油砂試件的側(cè)面加載液壓油以施加圍壓，以試驗測得油砂試件的徑向位移；對油砂試件的端面加載水壓以施加孔壓。

進(jìn)一步地，圍壓和孔壓交替加載。

應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過冷凍操作使得鉆取油砂巖心和打磨油砂巖心的過程中，油砂巖心不會因為溫度上升而導(dǎo)致油砂巖心中的瀝青熔化而變得疏松，并且通過對油砂巖心進(jìn)行封裝，充分地將油砂巖心與外部進(jìn)行隔離，然后對制作完成的，且在試驗設(shè)備安裝完成的油砂試件進(jìn)行加載試驗，以準(zhǔn)確測試油砂巖石的力學(xué)參數(shù)。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了本發(fā)明的油砂巖石的力學(xué)參數(shù)測試方法的流程框圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的油砂試件的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的對油砂試件進(jìn)行力學(xué)參數(shù)測試的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4示出了圖3中對油砂試件進(jìn)行加載圍壓測試的圍壓加載系統(tǒng)的加載油路示意圖；

圖5示出了圖3中的對油砂試件進(jìn)行加載孔壓測試的孔壓加載系統(tǒng)的注水管路示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

1、濾網(wǎng)；2、平衡環(huán)；

3、徑向位移傳感器；4、油砂巖心；

5、測試上壓頭；6、測試底座；

7、壓力室；8、圍壓加載系統(tǒng)；

9、孔壓加載系統(tǒng)；11、第一閥門；

12、第二閥門；13、第三閥門；

14、第四閥門；15、第五閥門；

21、圍壓油量指示管；22、第一空壓機(jī)；

23、第二空壓機(jī)；8′、圍壓動作器；

31、第一孔壓閥門；32、第二孔壓閥門；

33、第三孔壓閥門；41、孔壓水量指示管；

42、空氣壓縮機(jī)；9′、孔壓動作器；

16、第六閥門；34、第四孔壓閥門。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

圖4中黑色箭頭表示圍壓加壓油流程，空心箭頭表示圍壓泄壓的油流程；圖5中黑色箭頭表示孔壓加壓水流程，空心箭頭表示孔壓泄壓的水流程。

在本實施例中，鉆取油砂巖心的取心機(jī)為通用的油砂巖心取心機(jī)，打磨油砂巖心端部的液氮切割機(jī)為石油開采領(lǐng)域中通用的液氮切割機(jī)。

如圖2和圖3所示，在本發(fā)明的油砂巖石的力學(xué)參數(shù)測試方法中，測試人員將制作完成的如圖2所示的油砂試件放在測試底座6上，然后將測試上壓頭5壓緊油砂試件上端的濾網(wǎng)1，然后利用圍壓加載系統(tǒng)8對油砂試件進(jìn)行圍壓加載，通過孔壓加載系統(tǒng)9對油砂試件進(jìn)行加載孔壓。在本發(fā)明的實施例中，如圖2所示，油砂試件的主體為油砂巖心4，油砂巖心4的外側(cè)由平衡環(huán)2進(jìn)行穩(wěn)定，并且測試油砂巖心4的徑向位移的徑向位移傳感器3圍繞在油砂巖心4的中部位置，徑向位移傳感器3與平衡環(huán)2連接形成整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)油砂試件制作完成之后，油砂試件放進(jìn)壓力室7內(nèi)，并在測試底座6放置好，再將測試上壓頭5壓緊油砂試件。

在本發(fā)明中，如圖1所示的力學(xué)參數(shù)測試的流程框圖，該力學(xué)參數(shù)測試方法包括以下過程：

對油砂巖石進(jìn)行取心操作以獲得油砂巖心4，并對油砂巖心4進(jìn)行打磨處理，其中，在取心操作和打磨處理的過程中進(jìn)行冷凍操作；其中，在對油砂巖石進(jìn)行取心操作以獲得油砂巖心4的過程中，利用取心機(jī)上的取心筒鉆取油砂巖心4，并向取心筒噴液氮進(jìn)行降溫處理，且在打磨油砂巖心4的過程中，利用液氮切割機(jī)打磨平整油砂巖心4的兩個端面。測試人員在地層獲取油砂巖石之后，立即將油砂巖石進(jìn)行冷藏處理，此時，可以利用液氮冷凍，也可以利用干冰冷凍，還可以利用冷凍車進(jìn)行冷凍。然后利用取心機(jī)對油砂巖石進(jìn)行鉆去油砂巖心4的操作，讓取心機(jī)的取心筒對準(zhǔn)需要取油砂巖心4的部位，并控制液氮筒上橡膠捏頭，一邊噴液氮在取心筒上，一邊轉(zhuǎn)動取心筒的把手，勻速地旋轉(zhuǎn)取心筒與油砂巖心4，最后，測試人員將油砂巖心4從取心筒重取出。接著，測試人員將油砂巖心4放在液氮切割機(jī)中進(jìn)行打磨。這樣，測試人員加工獲得標(biāo)準(zhǔn)的油砂巖心4(25mm×50mm或38mm×76mm的油砂巖心4)。

對獲得的油砂巖心4的周向側(cè)面進(jìn)行封裝，并在油砂巖心4的端部安裝濾網(wǎng)，以獲得油砂試件；在加載圍壓油過程中，為了保證油砂試件中的油砂巖心4與圍壓油隔離，利用乳膠膜套住油砂巖心4的周向側(cè)面，以通過乳膠膜將油砂巖心4的周向側(cè)面隔離，將濾網(wǎng)分別放置在油砂巖心4的兩個端面上，利用乳膠膜套住濾網(wǎng)的邊沿，其中，濾網(wǎng)與油砂巖心4的端面接觸。在封裝油砂巖心4的過程中，測試人員使用一個略大于油砂巖心4的直徑的圓筒將乳膠膜撐開，然后將油砂巖心4放入圓筒內(nèi)，再緩慢下拉取出圓筒，直至乳膠膜完全套在油砂巖心4上。接著，在油砂巖心4的兩端均放置好濾網(wǎng)1，其中，濾網(wǎng)1的直徑大于油砂巖心4的直徑，并且，濾網(wǎng)1被乳膠膜卡在油砂巖心4的兩端。

然后，測試人員將相互連接的徑向位移傳感器3(并同時安好發(fā)射探頭)和平衡環(huán)2安裝在乳膠膜的外側(cè)，在油砂巖心4上連接好徑向位移傳感器3的數(shù)據(jù)采集線，啟動數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、信號調(diào)節(jié)控制器。這樣，油砂試件制作完成。

將油砂試件安裝在試驗設(shè)備上，對油砂試件進(jìn)行加載試驗，以試驗并獲取力學(xué)參數(shù)。測試人員將油砂試件轉(zhuǎn)入軸向加壓系統(tǒng)的壓力室7中，在測試底座6放置好，調(diào)整好測試上壓頭5的位置，使得油砂試件的軸線與測試上壓頭5的軸線在同一條直線上，再將測試上壓頭5壓緊濾網(wǎng)，且乳膠膜套住測試上壓頭5的端部，以密封油砂試件和測試上壓頭5的端部之間的空隙，此時，測試上壓頭5的直徑與濾網(wǎng)1的直徑相等(當(dāng)然，測試上壓頭5的直徑也可以稍小于油砂試件的直徑)。

然后，測試人員利用圍壓加載系統(tǒng)8和孔壓加載系統(tǒng)9對油砂試件進(jìn)行力學(xué)參數(shù)測試。在加壓進(jìn)行力學(xué)參數(shù)測試的過程中，首先加載圍壓，然后加載孔壓(更優(yōu)選地，圍壓與孔壓交替加載)。

當(dāng)加載圍壓過程中，如圖4所示，控制第一空壓機(jī)22和第二空壓機(jī)23配合開閉，在軟件digitaloutput中打開cpairenable，打開第二閥門12、第六閥門16和第三閥門13，并將第一閥門11打向b位置，第五閥門15打向a位置，最后打開第四閥門14，在第二空壓機(jī)23 的作用下，圍壓動作器8′的儲油箱內(nèi)的油會被壓入壓力室7，并通過圍壓油量指示管21觀察圍壓油的輸入量。等壓力室7的觀察窗全部充滿油，，并且沒有氣泡，說明壓力室7充滿油，充滿油后，等待5到15分鐘，以保證壓力室7完全充滿油，然后關(guān)閉第四閥門14。

按照下列步驟啟動溫度控制器，此時，應(yīng)保證第二閥門12、第六閥門16和第三閥門13處于開啟狀態(tài)。溫度升高，液壓油膨脹會部分回流，在溫度輸入框內(nèi)輸入試驗溫度，再等待壓力室7內(nèi)的油溫達(dá)到設(shè)置溫度值。溫度控制器系統(tǒng)默認(rèn)為們分鐘升高1℃，且加熱到指定溫度后，還需要等到半個小時到一個小時左右，以保證油砂巖心4達(dá)到指定溫度，即在對油砂試件進(jìn)行加載試驗的過程中，先利用油液浸沒油砂試件以使油砂試件達(dá)到預(yù)定溫度，當(dāng)油砂試件達(dá)到預(yù)定溫度后，再對油砂試件進(jìn)行加載壓力以試驗測得力學(xué)參數(shù)。

然后加載圍壓，關(guān)閉第二閥門12和第三閥門13，啟動圍壓加載系統(tǒng)8，并設(shè)置作試驗時所需要用到的壓力值，等待圍壓動作器8′將壓力室7內(nèi)的圍壓壓力施加到指定值。建議每間隔5mpa進(jìn)行加壓，每個間隔停頓一會，同時觀察油砂巖心4的徑向位移的變化，防止一次加壓過大。

如圖5所示，測試人員接著進(jìn)行孔壓加載操作。保持圍壓中的第二閥門12和第三閥門13關(guān)閉，啟動孔壓動作其器9′和空氣壓縮機(jī)42，并控制第一孔壓閥門31、第二孔壓閥門32、第三孔壓閥門33和第四孔壓閥門34之間的配合開閉，實現(xiàn)向壓力室7內(nèi)的油砂試件加載孔壓注水，并通過孔壓水量指示管41觀察注水的輸入量。

即，對油砂試件進(jìn)行加載壓力的過程包括：對油砂試件的側(cè)面加載液壓油以施加圍壓，以試驗測得油砂試件的徑向位移，對油砂試件的端面加載水壓以施加孔壓。優(yōu)選地，圍壓與孔壓交替加載。

在加載圍壓、孔壓的同時，測試人員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集：將油砂巖心4的軸向位移數(shù)據(jù)清零，同時將多個徑向位移傳感器3(優(yōu)選為三個)的數(shù)據(jù)清零，調(diào)出兩個曲線圖，一個觀察圍壓的徑向位移隨時間的變化，另外一個觀察應(yīng)力-應(yīng)變曲線和泊松比的變化。

壓力卸載和壓力室7回油：先卸孔壓，再卸圍壓。卸載時同樣要時刻注意油砂試件在圍壓中徑向位移變化，泄壓后都要調(diào)回至位移控制。溫度降下來以后，打開第二閥門12、第六閥門16和第三閥門13，第一閥門11和第五閥門15調(diào)至adraincell，然后打開第四閥門14進(jìn)行回油，直至圍壓油量指示管21中油面回復(fù)至原始高度。

測試人員根據(jù)以上設(shè)計的油砂巖石的力學(xué)參數(shù)測試方法，調(diào)整試驗設(shè)備的條件，測試人員重復(fù)上述的加載圍壓、孔壓操作過程，即可得到不同條件下的油砂巖石力學(xué)參數(shù)。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

本發(fā)明的油砂巖石的力學(xué)參數(shù)測試方法，抑制了油砂中粘土的外溢，也同時采用了針對塑性巖石的加載方法，避免了塑性帶來的過快破壞，而且實現(xiàn)了批量試驗，本發(fā)明在上述的條件下實現(xiàn)了對油砂在原始底層中的溫度場和壓力場的模擬，對試驗室力學(xué)模型的建立和現(xiàn)場指導(dǎo)施工都有一定意義。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。