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不需要复杂测算 利用超声波评价支撑剂充填层强度

不需要复杂测算 利用超声波评价支撑剂充填层强度

支撑剂充填层的强度评价是支撑剂充填层性能的关键参数之一。通常采用压碎实验来对其进行分析。由于没有规范统一的实验标注,因此压碎实验的结果可靠性值得怀疑。本文介绍了一种全新的测量技术。

支撑剂充填层的强度和导流能力是评价支撑剂充填层性能的关键参数。通常采用压碎实验来分析支撑剂的力学破坏特性。然而,上述压碎实验由于实验流程与实验结果的差异性仍存在不可靠性。本文介绍了一种基于声学测试的新分析技术来量化支撑剂力学破坏程度。石油圈原创www.oilsns.com

简介

通过测量超声波波速来研究地层压实与压碎的力学破坏特性。地层弹性性质可通过声波的纵波波速与横波波速求取。疏松砂岩弹性性质的研究通常采用的是组分颗粒的有效介质模型。有效介质理论方法如赫兹-明德林模型通常用于推导同粒径下球状颗粒材料充填层的有效弹性模量。上述计算模型结合了估算两个相同球法向(压缩)刚度的赫兹接触模型,以及用于估算两个相同球的切向(剪切)刚度的明德林接触模型。

对纵横波波速之比与疏松砂岩前期压实和分选产生的压力二者之间进行研究发现,与超声波测量实验得出的实验数据相比,赫兹-明德林模型求得的疏松砂岩剪切模量值偏大,而弹性模量值和波速值偏小。

产生上述差异的原因在于赫兹-明德林模型未考虑颗粒在边界处的转动与滑移作用,超声波测量则修正了赫兹-明德林模型。为了获取实验测量值与模型推导值的最佳拟合关系,在计算转化中假设颗粒之间无碎屑充填,因此颗粒间的切向刚度可忽略不计。石油圈原创www.oilsns.com

造成实验测试值与模型推导值差异的主要原因是计算模型中假设砂粒无棱角并且颗粒接触点间无滑移现象。因此,通过引入平均棱角度参数和颗粒接触点有滑移现象产生的系数来修正上述差异。

已有刊物发表过关于应用有效介质模型来评估岩石与疏松砂岩的弹性性质,但是该模型还未用于评估支撑剂充填层的弹性性质。

方法

不需要复杂测算 利用超声波评价支撑剂充填层强度

该实验的流程由实验方法和分析方法两部分组成。该实验为支撑剂充填层设计并进行了单轴压缩实验。实验结束后将支撑剂样品从实验设备上卸下后对其进行筛选分析,以获取支撑剂的压碎百分比。在研究分析方法中,赫兹-明德林模型用于评估支撑剂充填层的有效弹性性质。最后,将模型的推导结果与实验的测量数据进行对比,并引入与压力相关的校准参数来获得模型值与实验数据间良好的一致性。

实验方法

单轴压缩实验用于研究声学测量对支撑剂力学破坏的敏感性。上述实验用同一种支撑剂分不同实验组的方式来完成,在每一组测试中将15克支撑剂放入内径为25.4毫米的不锈钢圆筒中,然后轻压支撑剂以在支撑剂充填层顶部获取一个平面。对所有的支撑剂样品都采用相同的流程进行处理,确保支撑剂充填层具有相同的初始孔隙度。特别指出,支撑剂充填层的初始孔隙度可通过支撑剂体积与支撑剂所占用容器总体积的差值获得。同时,压力加载平台上有一对内置超声波换能器,其能够测量单轴压缩实验中的纵横波波速。

在不同的最大压力值(即:28、55、69、97和110兆帕)条件下开展该力学实验,之后对每组压后的支撑剂样品进行筛选分析。石油圈原创www.oilsns.com

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