温度改变对花岗岩井壁实验研究结果
作者:中创仪器
发布时间:2015-12-08 10:12
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▲ 温度对花岗岩纵波波速的影响
在加热进程,花岗岩试样会发作一系列的物理化学改变。其间,物理改变主要包含岩石的纵波波速改变以及随着温度的改变,岩石内的各种矿藏发作胀大,而且因为各种矿藏的热胀大系数不等和热胀大的各向异性,然后使得矿藏之间发作了相应的热应力。在热应力的效果下,岩石内部将发作新的微裂纹,并且原有微裂纹将发作拓展,进而影响井壁的稳定性。
而其化学改变主要是指岩石内部的晶体将会发作必定的相变,矿藏成分发作改变等。一般以为当温度较低时,岩石仅发作物理改变,只有当温度较高时,才会发作物理和化学改变。这篇文章主要是对于加温前后花岗岩纵波波速改变疑问进行研究,并对其改变规则进行有关的概括与总结。经过对加温前后花岗岩岩样纵波波速的测定,得到岩样纵波波速随温度的改变曲线,见图2。从图2可知,随着加热温度的添加,岩样的纵波波速呈下降趋势,而且随加热温度值的添加,其纵波波速的下降起伏逐步增大。
并且从图2中还能够看出,加温前岩样的均匀纵波波速值为4587.2 m/s,而加温至400℃冷却后的均匀纵波波速值降为1634.0 m/s,花岗岩的均匀纵波波速下降了2953.2m/s,与初始纵波波速比较下降了约65%。其间影响纵波波速改变的主要原因包含:
1) 在温度的效果下,岩石内部的自在水分蒸腾,使得岩石的孔隙体积增大,然后加热后岩样的纵波波速下降;
2) 因为岩石内部各种矿藏的热膨胀系数不一样和热膨胀的各向异性,温度的增加使得岩石内部的矿藏之间发作了相应的热应力,在热应力的效果下,岩石内部逐渐发作新的微裂纹及旧微裂纹发作拓展。
▲ 温度对花岗岩三轴实验力学参数的影响
图3为阅历不一样高温效果后,不一样围压条件下的花岗岩紧缩应力一应变曲线图。从图3可知,当围压必定的情况下,加热至不一样温度冷却后的花岗岩惯例三轴紧缩应力一应变曲线大致阅历了压密期间、弹性期间、屈从期间和损坏期间等4个期间。在压密期间时,曲线递上凹型,随着温度的添加,应变增大较快,其主要是因为在荷载效果下,岩石内部的微裂纹逐渐闭合。当进入弹性期间后,曲线根本呈直线状况,应力一应变呈正比例关系。而在荷载逐渐添加的情况下,曲线进入屈从期间,因为岩石为非均质体,其内部强度较低的资料将发作屈从损坏,一起岩石内部将会发作新的裂纹,使得应力一应变曲线发作偏移,一起岩样表现出开始的损害。当荷载持续添加,岩样则进入损坏期间。此刻岩石试样现已达到了其承载的极限状况,内部裂纹因为彼此之问的衔接、贯穿,终究发展为微观裂纹,进而使得岩样全体失去了承载功能。
为了进一步显示出温度对花岗岩三轴实验力学强度的影响,这篇文章制作出固定围压条件下的温度与三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量等参数的联系图。图4~6别离为围压为定值时,花岗岩在加温冷却后的三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量与温度之问的联系。由图4~6能够得出,当围压为定值时,花岗岩试样的三轴抗压强度、轴向峰值应变及弹性模量成果具有较大的离散性,可是从全体上仍出现必定的规律性。在惯例三轴紧缩实验中,阅历不一样加热温度后,花岗岩试样的三轴抗压强度、峰值应变、弹性模量在温度<200℃时,其值随温度的添加呈二次非线性添加,而当温度>200℃后,其值随着温度的添加呈二次非线性减小。这主要是因为围压必定的条件下,当温度<200℃时,随着温度的添加,岩石内部的细微裂纹闭合,使得岩石的抗压强度、弹性模量等参数相对增大,而当温度>200℃时,因为岩石内部的自在水分不断蒸腾,试样内部的颗粒也不断胀大,并且因为岩石内部成分的热胀大系数不一样等要素的影响,然后使得试样内部的新裂纹不断增多,旧裂纹不断拓展,进而影响岩石的力学性能发作改动。因而,200℃则为花岗岩三轴强度的温度阈值。经过拟合围压为10 M Pa时的有关实验数据别离得出三轴抗压强度、轴向峰值应变、弹性模量等3个力学参数与温度的相互联系。
▲ 轴紧缩实验的微观损坏方式
在关于模仿实践钻井过程中,钻井液循环活动所带来的井壁围岩温度的改动仍具有必定的局限性。往后能够选用数值模仿等手法进行有关的模仿,然后使得井壁安稳性问题得到非常好的处理。