回帖:1.岩心三轴实验测试
岩石三轴力学实验设备选用美国GCTS公司制造的RTR-1000静(动)态三轴岩石力学测试系统,该测试系统最大轴向压力1000kN,最大围压140MPa,孔隙压力140MPa,动态频率10Hz,温度150 ℃。实验控制精度:压力0.01MPa;液体体积0.01cm3。岩石三轴压缩实验的试验程序为:岩样处理,试样塑封并加装各类传感器,装好后对传感器进行调零,将液压油装好,抽真空排除空气,编制实验控制程序(模拟地层温度),在施加轴向荷载的过程中,同步记录各级应力下的轴向和横向变形值。起动油泵,加0.5MPa差应力,加围压(PC=σ2=σ3)到指定值,保持围压不变,各类位移传感器清零,开始执行实验程序,实验控制是采用应变控制,应变控制速率为1.5×10-5με,增加σ1直至试样破坏。实验结果见(图1)
图1应变与差应力关系曲线
Fig 1 Strain and stress curve
岩心三轴实验得出:特低渗透油气田实际生产过程中岩石变形为本体变形,基于本体变形计算低渗透岩石孔隙压缩系数是可靠的。
2.岩石孔隙压缩系数推导
文献[7]定义Biot系数(有效应力系数):
(1)
基于本体有效应力孔隙度不变性原则有:
(2)
文献[8、9]同样可以推出(2)式。由(1)和(2)得出:
(3)
文献[10]基于本体有效应力孔隙度不变性原则有:
(4)
由(3)和(4)得出有:
(5)
岩石应力方程:
(6)
在外应力为常数前提下对式(6)微分得:
(7)
定义(8)
(9)
由(7-9)得:
(10)
式(10)同样由李传亮教授和窦宏恩教授推导得出。存在争议的是:李传亮教授基于岩石本体变形过程中孔隙度不变性原则推出式:
(11)
而窦宏恩教授认为孔隙度不变性原则不成立。
陈元千教授和窦宏恩教授推出[11-12]:
(12)
窦宏恩教授假设忽略 可以得到:
(13)
这与传统观点(Terzaghi)认为有效应力系数 =1的结论是一致的,当 =1时,(1)式等于(13)式[13]。对于孔隙度接近1的疏松介质这一假设近似成立,但是对于特低渗透岩石 和 是相当的,文献[14]从实验证明Terzaghi有效应力不能应用于特低渗透岩石中。因此,窦宏恩教授假设忽略 的观点对于低渗透岩石是不正确的。本体有效更加适用于特低渗岩石,根据李传亮教授的孔隙度不变性原则将(4)式带入(12)式同样得出:
(14)
将(11)式带入(14)式得出岩石压缩系数关系为:
(1