随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法及装置

本发明涉及页岩气勘探开发，具体而言，涉及一种随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法及装置。

背景技术：

1、现有技术中，利用钻井取得全直径岩心(～12cm)切取直径2.54cm圆柱进行常规岩石力学应力实验，或者切取边长2cm薄片尔后进行纳米压痕实验，获得岩屑中矿物基质的力学性质，进而进行尺度升级(cm级大小)获得岩石力学性质，或着通过测井作业数据进行反演。现有技术采用钻井岩心为对象进行二次加工，导致岩石力学性质只能在非常有限的取心层段(开发井往往不取心)，且实验时间非常滞后使得水分及页岩气彻底散失，导致测试岩屑流体条件与地下迥然不同，纵然采用现场取岩屑回实验室(纳米压痕仪器体积大小在1立方米以上，并非手持)进行纳米压痕相关处理，由于路途情况，使获得结果的时效性滞后；测井作业数据进行反演方法需要停止钻井作业后才可进行，不但时效性低，且所得数据为间接反演数据，仍需要直接测试数据的约束。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，以解决上述技术问题。

2、本发明的另一个目的在于提供一种所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法所采用的装置。

3、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

4、一种随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，包括以下步骤：

5、(a)在钻井现场获取不同钻进深度的岩屑样品；

6、(b)取步骤(a)中同一钻井深度的岩屑样品8～12粒置于圆柱形模具中，平均分成2组，一组层理水平，另一组层理垂直，加入氟铝酸盐水泥及水进行凝固定型，得到定型样品；

7、(c)将步骤(b)中的所述定型样品进行机械抛光，至岩屑样品露出，所述定型样品的底面和顶面平行且平整；再进行精细抛光，得到抛光样品；

8、(d)对步骤(c)中的所述抛光样品，从中选取纹层数量大于等于8层的岩屑样品6粒及以上进行纳米压痕测试，获取每个测点的加载力和压头位移，以获取每个岩屑样品的压痕点力学性能参数，所述参数包括硬度、弹性模量和断裂韧性，计算每个所述抛光样品中的所有岩屑样品的力学性能参数的平均值。

9、在一种实施方式中，在步骤(a)中，每个钻进深度的岩屑样品的粒径为2～5mm。

10、在一种实施方式中，所述岩屑样品包括含粉砂质页岩、硅质页岩和钙质页岩中的至少一种。

11、在一种实施方式中，所述模具的直径为2.54cm，深度为5.5mm。

12、在一种实施方式中，所述凝固定型的时间为50～65min。

13、在一种实施方式中，采用氩离子进行所述精细抛光。

14、在一种实施方式中，在步骤(d)中，所述纳米压痕测试具体包括：对纹层数量大于等于8的岩屑选取6粒及以上进行矩形网格化压痕测试，网格点阵设置为n×m，其中，n等于抛光样品中的岩屑样品的纹层数减2，m为每个纹层上的点数，m＝n，点与点之间的距离为20～100μm，根据纳米压痕测试的加载力和压头位移关系数据计算获得压痕点力学性能参数。

15、在一种实施方式，所述岩屑样品的力学性能参数的平均值以x±y表示，其中，x表示平均值，y表示最大值与平均值之差。

16、实施所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法所采用的装置，所述装置包括方舱；所述方舱的内部设置相互隔离的六个工作区域，所述六个工作区域内分别对应设置岩屑样品清洗部、凝固定型部、抛光部、纳米压痕测试部、工作人员保障部和除污清洁部。

17、在一种实施方式中，所述装置还设置有吊装支点和落地支架。

18、在一种实施方式中，所述方舱的内部还设置有连通所述六个工作区域的通道。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、(1)本发明在钻井现场获取不同深度的岩屑样品，快速凝固定型，定型时间大幅度降低，尽可能减少孔隙流体散失，在孔隙流体方面接近地下真实状态，获得数据更加接近地质实际，在表征地下岩石力学性质方面更为准确。并且，本发明的定型辅助剂是采用氟铝酸盐水泥快速凝固定型，定型时间大幅度降低，一次性在圆柱定型剂中植入多个岩屑，以在将来对测试结果统计分析提高代表性。

21、(2)本发明的装置可直接在钻井井场附近就近流动部署，使得纳米压痕技术测量岩屑岩石力学性质更具便利性和经济性。

1.一种随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，其特征在于，在步骤(a)中，每个钻进深度的岩屑样品的粒径为2～5mm。

3.根据权利要求1所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，其特征在于，所述岩屑样品包括含粉砂质页岩、硅质页岩和钙质页岩中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，其特征在于，所述模具的直径为2.54cm，深度为5.5mm。

5.根据权利要求1所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，其特征在于，所述凝固定型的时间为50～65min。

6.根据权利要求1所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，其特征在于，采用氩离子进行所述精细抛光。

7.根据权利要求1所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述纳米压痕测试具体包括：对纹层数大于等于8的岩屑选取6粒及以上进行矩形网格化压痕测试，网格点阵设置为n×m，其中：n等于抛光样品中的岩屑样品的纹层数减2；m为每个纹层上的点数，m＝n，点与点之间的距离为20～100μm，根据纳米压痕测试的加载力和压头位移关系数据计算获得压痕点力学性能参数。

8.根据权利要求7所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法，其特征在于，所述岩屑样品的力学性能参数的平均值以x±y表示，其中，x表示平均值，y表示最大值与平均值之差。

9.实施权利要求1～8中任一项所述的随钻测得钻遇页岩地层岩石力学性质的方法所采用的装置，其特征在于，所述装置包括方舱；所述方舱的内部设置相互隔离的六个工作区域，所述六个工作区域内分别对应设置岩屑样品清洗部、凝固定型部、抛光部、纳米压痕测试部、工作人员保障部和除污清洁部。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，包含以下特征(1)至(2)中的至少一种：