r>[0049] 本发明的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置，能够施加三轴压力，即轴压、围 压和孔隙压力，可施加的最大围压为120MPa，可施加的最大孔隙压力为120MPa，能够升高 温度达到160°C，以确保能够将层状硬脆性泥页岩恢复至地层原位状态。该评价装置能够测 试在不同的温度、围压、孔隙压力和孔隙流体饱和状态下岩芯的声波时速，并结合试验所记 录的声波时速在不同孔隙流体饱和状态下的变化情况，对层状硬脆性泥页岩的水化特性进 行评价。该评价装置简单易懂、操作便捷、测试结果准确，能够定量评价岩石的水化特性，为 设计层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法提供了装置基础。
[0050] 利用该评价装置对层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，是基于声波测试系统 评价经过不同孔隙流体浸透的层状硬脆性泥页岩在地层原位状态的水化程度，能够定量评 价岩石的水化特性，为钻遇层状硬脆性泥页岩时的井壁稳定控制提供科学依据，进而更好 的防止井壁失稳，阻止井下复杂情况的发生。
【附图说明】
[0051] 图1为按照本发明层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置的一优选实施例结构 图；
[0052] 图2为按照本发明层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置的图1所示实施例的层 状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法流程图；
[0053] 图3为按照本发明层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置的图1所示实施例的不 同孔隙流体性质下岩芯样品的纵波波速对比图；
[0054] 图4为按照本发明层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置的图1所示实施例的不 同孔隙流体性质下岩芯样品的横波波速对比图。
[0055] 图中标注说明：1-底座，2-密封底座，3-轴向加载装置，4-加载框架，5-三轴压力 室，6-上压头，7-下压头，8-围压增压器，9-围压筒，10-围压油管线，11-岩心样品，12-孔 压化学流体驱替净化装置，13-孔隙流体管线I，14-孔隙流体管线II，15-声波探头I， 16-声波探头II。
【具体实施方式】
[0056] 为了更进一步了解本发明的
【发明内容】
，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
[0057] 实施例一：
[0058] 如图1所示，一种层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置，包括底座1和密封底座 2,还包括高温高压三轴伺服压机系统、孔压化学流体驱替系统和声波测试系统。所述高温 高压三轴伺服压机系统与孔压化学流体驱替系统和声波测试系统相连。
[0059] 所述高温高压三轴伺服压机系统包括轴向加载装置3、加载框架4、三轴压力室5、 上压头6、下压头7、围压增压器8和围压筒9。所述加载框架4的底部设置底座1，所述围 压筒9置于底座1的上方，围压筒9的下端设置密封底座2。所述下压头7置于密封底座2 的上方，所述上压头6置于轴向加载装置3的下方。所述轴向加载装置3的下端置于三轴 压力室5内。所述围压增压器8通过围压油管线10与围压筒9相连。将岩芯样品11置于 上压头6与下压头7之间。
[0060] 所述孔压化学流体驱替系统包括孔压化学流体驱替净化装置12、孔隙流体管线 113和孔隙流体管线1114。所述孔隙流体管线113的一端与岩芯样品11的上端相连，另一 端与孔压化学流体驱替净化装置12的一端相连。所述孔隙流体管线1114的一端与岩芯样 品11的下端相连，另一端与孔压化学流体驱替净化装置12的另一端相连。
[0061] 所述声波测试系统包括声波探头115和声波探头1116。所述声波探头115与上压 头6相连，所述声波探头1116与下压头7相连。
[0062] 本实施例中，层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置用于层状硬脆性泥页岩水化 特性的评价方法中。
[0063] 如图2所示，层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其按照先后顺序包括以下 步骤：
[0064] 步骤一：对岩石进行描述后取芯，制备岩芯样品；
[0065] 步骤二：将岩芯样品恢复至地层原位孔隙流体饱和状态；
[0066] 步骤三：测试地层原位状态条件下岩芯样品的纵波波速和横波波速，然后改变孔 隙流体性质，并测试改变孔隙流体性质后岩芯样品的纵波波速和横波波速；步骤四：根据 不同孔隙流体性质条件下岩芯样品的纵波波速和横波波速的变化情况，评价层状硬脆性泥 页岩的水化特性。
[0067] 步骤一中，岩石存在一组节理，节理面与水平面的倾角为0°。使用标准取芯机钻 取岩芯样品，岩芯样品的两端需打磨处理。取芯方向垂直于节理方向。本实施例中，钻取三 块岩芯样品。岩芯样品的形状为圆柱形，长度为直径的2倍。打磨处理后，直径为25mm，长 度为50mm。岩芯样品的直径为岩石中最大颗粒直径的20倍。在每块岩芯样品的底部、中 部、上部分别测量两条相互垂直的直径，将测量结果取平均值，即为岩芯样品的最终直径。
[0068] 步骤二中，将岩芯样品恢复至地层原位孔隙流体饱和状态的方法为，配制与地层 原位状态孔隙流体具有相同性质的氯化钾溶液，将岩芯样品抽真空后浸泡于已配制好的氯 化钾溶液中，对氯化钾溶液施加一定饱和压力以饱和岩芯样品。对氯化钾溶液施加的饱和 压力为地层原位状态地应力的0.5倍。岩芯样品抽真空的时间为6小时。岩芯样品饱和的 时间为24小时。
[0069] 步骤三中，地层原位状态条件包括地层原位状态温度、地层原位状态围压、地层原 位状态孔隙压力、地层原位状态孔隙流体性质。孔隙流体性质为孔隙流体活度。利用层状 硬脆性泥页岩水化特性的评价装置测试岩芯样品的纵波波速和横波波速，按照先后顺序包 括以下步骤：
[0070] (1)将恢复至地层原位孔隙流体饱和状态的岩芯样品放置于上压头与下压头之 间。按照常用的操作规程放置岩芯样品。
[0071] (2)通过围压增压器向围压筒内注入围压油，施加的围压与地层原位状态地应力 相同。本实施例中，所用围压油选用硅油，施加围压至25MPa。
[0072] (3)将岩芯样品和围压油升温至地层原位状态温度。本实施例中，温度升高至 50。。。
[0073] (4)将轴向加载装置向下压，压到与上压头预接触的状态。本实施例中，轴向加载 装置对上压头所施加的轴压为1.0 MPa。
[0074] (5)开启声波测试系统，测试地层原位状态条件下岩芯样品的纵波波速Vptl和横波 波速V sq。
[0075] (6)通过孔压化学流体驱替系统将质量分数为1 %的氯化钙溶液注入岩芯样品 中，并驱替之前注入的氯化钾溶液，施加的孔隙压力与地层原位状态孔隙压力相同，为 5. OMPa。孔隙流体完全注入岩芯样品的标准为，伺服控制时，保持孔隙压力不变的情况下， 孔压活塞的位移不随时间改变而变化。
[0076] (7)开启声波测试系统，测试改变孔隙流体性质后岩芯样品的纵波波速Vpi和横波 波速V si。
[0077] (8)更换岩芯样品，重复步骤（1)至步骤（7)，进行重复性试验。本实施例中，重复 进行两次试验。
[0078] 步骤四中，将测试结果取平均值，并计算衰减百分比，通过衰减百分比评价层状硬 脆性泥页岩的水化特性。本实施例中，测试结果如表1. 1所示，不同孔隙流体性质下岩芯样 品的纵波波速对比和横波波速对比分别如图3和图4所示。
[0079] 表1. 1不同孔隙流体性质下岩芯样品的纵横波波速和衰减百分比
【主权项】
1. 一种层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置，包括底座和密封底座，其特征在于： 还包括高温高压三轴伺服压机系统、孔压化学流体驱替系统和声波测试系统。
2.如权利要求1所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置，其特征在于：所述高 温高压三轴伺服压机系统与孔压化学流体驱替系统和声波测试系统相连。
3. 如权利要求2所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其特征在于：所述高 温高压三轴伺服压机系统包括轴向加载装置、加载框架、三轴压力室、上压头、下压头、围压 增压器和围压筒。
4. 如权利要求3所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其特征在于：所述加 载框架的底部设置底座，所述围压筒置于所述底座的上方，所述围压筒的下端设置密封底 座。
5. 如权利要求4所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其特征在于：所述下 压头置于所述密封底座的上方，所述上压头置于所述轴向加载装置的下方。
6. 如权利要求3所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其特征在于：所述轴 向加载装置的下端置于所述三轴压力室内。
7. 如权利要求3所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其特征在于：所述围 压增压器通过围压油管线与所述围压筒相连。
8. 如权利要求3所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其特征在于：将岩芯 样品置于上压头与下压头之间。
9. 如权利要求2所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其特征在于：所述孔 压化学流体驱替系统包括孔压化学流体驱替净化装置、孔隙流体管线I和孔隙流体管线 II。
10. 如权利要求9所述的层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法，其特征在于：所述孔 隙流体管线I的一端与岩芯样品的上端相连，另一端与所述孔压化学流体驱替净化装置的 一端相连。
【专利摘要】本发明公开了一种层状硬脆性泥页岩水化特性的评价装置，包括底座和密封底座，还包括高温高压三轴伺服压机系统、孔压化学流体驱替系统和声波测试系统，三个系统相连。所述高温高压三轴伺服压机系统包括轴向加载装置、加载框架、三轴压力室、上压头、下压头、围压增压器和围压筒。所述孔压化学流体驱替系统包括孔压化学流体驱替净化装置、孔隙流体管线I和孔隙流体管线II。所述声波测试系统包括声波探头I和声波探头II，所述声波探头I与上压头相连，所述声波探头II与下压头相连。本发明的评价装置简单易懂、操作便捷、测试结果准确，能够定量评价岩石的水化特性，为设计层状硬脆性泥页岩水化特性的评价方法提供了装置基础。
【IPC分类】E21B49-00
【公开号】CN104675396
【申请号】CN201510077237
【发明人】卢运虎, 陈勉, 董京楠, 金衍, 刘铭, 侯冰, 杜晓雨
【申请人】中国石油大学(北京)
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月12日