Q/SY
中国石油天然气集团公司企业标准
Q/SY 02020—2017
钻完井工程岩石力学基础参数
室内测定方法
Suggested laboratory method for determining rock mechanical parameters
in drilling and completion engineering
2017—06—28发布
201709一15实施
中国石油天然气集团公司 发布 Q/SY 02020—2017
目 次
前言：
I
范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义实验仪器及其技术指标
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4.1 试样加工设备 4.2 检验工具 4.3 实验主要设备 4.4 其他设备 5 试样制备 5.1 取心要求 5.2 取样要求 5.3 试样形状尺寸 5.4 试样精度 5.5 试样加工要求 5.6 试样测量 5.7 试样数量 5.8 试样含水状态实验方法
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6.1 岩石压缩实验方法 6.2 岩石声波特性实验方法 6.3 岩石拉伸实验方法 6.4 岩石断裂韧性实验方法结果报告
1 12
:12 ·12 12 .12 .13 13
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7.1 实验设备简介 7.2 实验目的、方法 7.3 岩心资料 7.4 试样资料 7.5 测试结果附录A （资料性附录) 岩石力学参数实验记录表参考文献
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- Q/SY02020—2017
前言
本标准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。
本标准由中国石油天然气集团公司标准化委员会石油工程技术专业标准化技术委员会提出并归口。
本标准起草单位：中国石油集团钻井工程技术研究院、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院、中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司、渤海钻探工程有限公司工程技术研究院。
本标准主要起草人：王倩、陈朝伟、修乃岭、项德贵、窦晶晶、严玉忠、杨向同、杨恒林、王思敏张苏。
II Q/SY02020—2017
钻完井工程岩石力学基础参数室内测定方法
1范围
本标准规定了钻完井工程中各向同性均质岩石压缩实验、声波特性实验、拉伸实验、断裂韧性实验测定岩石力学基础参数涉及的仪器设备、试样制备、实验步骤、参数计算及结果报告。
本标准适用于实验室条件下，能够加工成标准试样的露头、钻井取心的岩石力学基础参数测定。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T23561.1煤和岩石物理力学性质测定方法第1部分：采样一般规定 GB/T23561.3 煤和岩石物理力学性质测定方法第3部分：煤和岩石块体密度测定方法 GB/T23561.7 煤和岩石物理力学性质测定方法 第7部分：单轴抗压强度测定及软化系数计算
方法
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
岩石力学基础参数basicrockmechanicalparameters 本标准指压缩强度、动静态杨氏模量、动静态泊松比、体积压缩系数、颗粒压缩系数、孔隙弹性
系数、拟合单轴抗压强度、黏聚力、内摩擦角、抗拉强度、断裂韧性等参数。 3.2
岩石体积压缩系数 文rockvolume compressive coefficient 有效压力变化一个单位时，岩石的体积变化率。
3.3
岩石颗粒压缩系数 rockskeletoncompressivecoefficient 在有效压力保持不变的条件下，单位孔隙压力变化下岩石骨架的体积变化率。
3.4
岩石断裂韧性 生rockfracturetoughness 裂缝开始延伸时的临界应力强度因子。
实验仪器及其技术指标
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4.1试样加工设备
钻取机、切割机、磨平机。
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4.2 检验工具
试样检验工具如下： a）游标卡尺，精度0.02mm。 b）万能角度尺，精度2'。 c）百分表及百分表架，精度0.01mm。 d）水平检测台。
4.3 实验主要设备
4.3.1 轴压加载装置 4.3.1.1 采用刚性加载装置施加轴向载荷，刚性加载框架的刚度大于5×10°N/m。 4.3.1.2 装置能够施加的轴向加载力应大于测试试样预估最大强度对应的力。 4.3.1.3 使用液压伺服控制加载，具有载荷控制和位移控制两种加载方式。 4.3.2 围压、孔隙压力加载装置 4.3.2.1 液压泵、增压机及其他配套组成的液压伺服控制系统。 4.3.2.2 能够稳步控制加压速率及稳定压力。 4.3.3 压缩实验压头 4.3.3.1 压头洛氏硬度大于58HRC，置于试样两端。 4.3.3.2 压头的直径在D～D2mm之间，D为试样的直径。 4.3.3.3 压头端面平整光滑，平整度小于0.005mm。 4.3.3.4 三轴有孔隙压力压缩实验压头内设流体通道及孔隙压力管线接口。 4.3.3.5 声波特性实验压头内设流体通道、孔隙压力管线接口、超声发射器与接收器。 4.3.4 拉伸实验压头 4.3.4.1 压头洛氏硬度大于58HRC，中间夹圆盘形试样。 4.3.4.2 压头凹槽半径大于试样半径的1.5倍。 4.3.4.3 压头厚度大于试样厚度，推荐为试样厚度的1.1倍。 4.3.5 载荷、压力、位移测量装置 4.3.5.1 载荷传感器连续测量和记录轴向载荷。 4.3.5.2 压力传感器连续测量和记录围压和孔隙压力。 4.3.5.3 轴向位移传感器连续测量和记录轴向位移，精度0.001mm。 4.3.5.4 径向位移传感器连续测量和记录径向位移，精度0.001mm。 4.3.6 数据采集控制系统 4.3.6.1 数据每秒采集一次。 4.3.6.2 实时控制单元精确控制并执行计算机指令。 4.3.7 加温装置 4.3.7.1 测量和控制温度，精度1℃。 2 Q/SY 02020—2017
4.3.7.2长期工作温度能够满足实验要求。 4.3.7.3应配备冷却循环系统。 4.3.8 超声波测量装置 4.3.8.1 脉冲发生器，频率产生范围在20kHz～2MHz，脉冲电压大于100V。 4.3.8.2 超声发射与接收传感器，纵波传感器和横波传感器各一对，中心频率100kHz～1.5MHz。 4.3.8.3 数字示波器，精度0.1us。 4.4 其他设备 4.4.1 电热恒温干燥箱：室温~200℃±1℃。 4.4.2 天平：感量0.01g。 4.4.3 抽真空饱和装置。
5 试样制备 5.1 取心要求
取心要求如下：
钻井取心或地面露头取心。 取心前应了解清楚地层性质，寻找具有代表性的取心点。 在较大深度范围内应根据岩性变化情况，分别在几个具有代表性的岩层取心。 在需特殊研究的地层取心。 常规取心应立即用塑料布包好，将其捆扎紧。 密闭取心应立即浸蜡密封，冷冻存储。 岩心包装好后装箱，并用木屑或泡沫塑料填实。 记录取心地理位置、层位、深度、取心方向、岩心编号、岩性、取心日期、取心方法、岩心储存时间和储存环境。 其余按照按GB/T23561.1相关规定执行。
5.2 取样要求
取样要求如下：
每一组试样应钻取于同一取心深度的岩心。 根据实验要求，在同一岩心上钻取同一方向或不同方向的一组试样。 密闭取心岩心应采用液氮冷冻取样，试样需密封冷冻储存。 具有特殊性质的岩石根据其性质选择不同的取样方式。 记录取样角度、取样数量、取样日期、试样储存时间和储存环境。 记录取样前后照片。 其余按照按GB/T23561.1相关规定执行。
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5.3 3试样形状尺寸
试样形状尺寸要求如下：
试样应为圆柱形。 压缩实验和声波特性实验试样直径为25.4mm或50.8mm，试样长度与直径之比为2.0，试样
3 Q/SY02020—2017
直径与岩石最大颗粒直径比大于10：1。 拉伸实验试样直径不小于50mm，试样厚度为直径的0.5倍，试样直径与岩石最大颗粒直径比大于10：1 -断裂韧性实验试样直径为76.2mm，试样高度与直径之比为1：1，试样中间钻一中心孔，其直径为整个试样直径的10%，试样内孔壁上沿径向制成与内孔中心轴线平行的预制裂纹，预制裂纹深度的选取原则是使得初始裂纹长度处于稳定扩展区内，见图1。
图1岩石断裂韧性实验样品示意图
5.4试样精度
试样精度要求如下：
试样两端面光滑且互相平行，两端面平行度在0.02mm内，一试样端面应垂直于试样轴线，试样端面与轴线的垂直度不超过0.001rad或0.05mm/50mm。 试样圆柱表面光滑、规则，避免表面剥落、凹凸不平，试样全部侧面平整度达到0.3mm。
5.5试样加工要求
除了机械加工，不应覆盖材料或对端部表面进行处理。 5.6试样测量
试样测量要求如下：
直径测量，在试样上、中、下部位置分别成90°方向分别测量两次，取其平均值作为直径尺寸，精确到0.1mm，用平均直径计算试样的横截面积。 长度测量，在试样过中心轴的三个相交的平面内分别测量两次，取其平均值作为试样长度精确到0.1mm。 内孔测量，在试样上、下部端面位置分别成90°方向测量内孔直径两次，取其平均值作为内孔直径尺寸，精确到0.1mm。 预制裂纹测量，在试样上、下端面位置分别测量预制裂纹单边长度两次，取其平均值作为试样预制裂纹长度，精确到0.1mm。 密度测量，按GB/T23561.3相关规定执行。
5.7试样数量
试样数量要求如下：
在同一条件下实验的试样数目应能代表岩石固有的多样性性质，每组压缩实验和拉伸实验试样的数量不应少于3个。
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