基于岩石应力-应变曲线和超声波纵波速度的页岩脆性指数测定方法

摘要

本发明提供一种基于三轴压缩应力-应变全曲线和超声波纵波速度的页岩脆性指数测定方法，包括：采用动静态结合的三轴压缩实验，获取实验过程中各个时间点的应力-应变全曲线和超声波纵波速度；利用纵波速度的变化曲线确定页岩微裂缝开始发生损伤破坏的时间点；根据纵波速度变化和应力-应变全曲线的形状，把应力-应变全曲线分成微裂隙闭合、压实后至微裂缝开始破坏、微裂隙扩展至破坏失稳和岩石破坏失稳后等4个阶段；利用应力-应变全曲线，计算相应阶段的页岩试件吸收的单位体积能量；利用弹性阶段吸收的单位体积能量与吸收的总单位体积能量的比值计算页岩的脆性指数。本方法是一种考虑页岩各个阶段力学性能的综合计算方法，提高了岩石脆性评价的准确性和合理性。

主权项

一种基于三轴压缩应力‑应变曲线和超声波纵波速度的页岩脆性指数测定方法，其特征在于，主要步骤包括：（1）根据测井解释结果或者地应力室内实验测试，获取待测页岩取出前的地应力大小，取三轴压缩测试实验的围压值等于水平最小主应力；（2）利用待测的页岩岩样进行三轴压缩测试实验，采集从轴向偏应力开始加载至获取残余强度时的应力‑应变全曲线；（3）三轴压缩测试实验过程中，轴向压力每隔2.0MPa时，上压头上的超声波纵波发射器从试件端部自动发射纵波，利用超声波纵波接收部件接收超声波以获得纵波在试件轴向的传播时间，然后计算各个时间段轴向方向的纵波速度，得到轴向纵波速度变化曲线；（4）根据超声波纵波速度随时间的变化曲线，确定页岩压缩过程中，岩石发生微裂隙开始发生损伤破坏的时间点；（5）根据获得的应力‑应变全曲线的形状和根据纵波速度变化确定的时间点，确定页岩实验过程中的压实阶段、弹性阶段和微裂隙破坏至试件失稳阶段和破坏后至残余强度阶段在应力‑应变全曲线上的分布范围；（6）利用应力‑应变曲线计算4个阶段的相应单位体积能量，其中单位体积能量的计算包括轴向压力做功和页岩试件克服围压所做的功两个部分，利用4个阶段的应力‑应变全曲线，计算4个阶段的试件吸收的单位体积能量；（7）页岩脆性指数计算，每个阶段页岩吸收的单位体积能量等于轴向应力的单位体积能力减去克服围压做功的单位体积能量，三轴压缩条件下的页岩的脆性指数等于弹性阶段页岩吸收的单位体积能量与全阶段页岩吸收的单位体积能量的比值。