Оценка и выбор экспериментальных методов для параметра Био с использованием различных пористых материалов 1.Кафедра инженерной геологии, МГУ; 2. Китайский геологический университет(Ухань) Чжоу Бичэн, Н.Б.Артамонова, Ху Цзябо Коэффициент Био является основным параметром теории связи жидкостьтвердое тело, Существует три экспериментальных метода измерения коэффициентов Био на лабораторном уровне: • метод дренажных испытаний • метод Cross-plotting • метод динамический ультразвук метод дренажных испытаний • в эксперименте "Jacketed" поровое давление 𝑝𝑝 поддерживается постоянным, в то время как окружающее давление 𝜎𝑐 увеличивается на 0,005 МПа/с. Коэффицент обемного сжатия керна породы 𝑘𝑏 - это наклон зависимости между объемной деформацией 𝜀𝑣 и окружающим напряжением 𝜎𝑐 в эксперименте • в эксперименте "Unjacketed" керн остается свободным, а окружающее давление 𝜎𝑐 увеличивается с той же скоростью (0. 005 МПа/с), как и поровое давление 𝑝𝑝 . и наклон зависимости объемной деформации 𝜀𝑣 и окружающего давления 𝜎𝑐 является Коэффицент обемного сжатия скелета керна 𝑘𝑆 𝒂𝒆 = 𝟏 − 𝒌𝒃 𝒌𝒔 "Jacketed” and "Unjacketed" • Материал заключен в очень тонкую, непроницаемую оболочку, которая затем подвергается внешнему гидростатическому давлению. Давление жидкости внутри оболочки поддерживается постоянным, поскольку оболочка выходит в атмосферу через трубу. Unjacketed эксперимента без рубашки. Образец погружается в насыщающую жидкость, к которой прикладывается давление Pf. Давление действует как на часть рамы, так и на часть жидкости Кривые напряжение-деформация для различных песчаников (Пластичная упругая деформация) 𝑘𝑆 ／ＭＰａ 𝑘𝑏 ／ＭＰａ αｅ Ｓ１ 229.51 85,45 0.63 Ｓ２ 263.13 65.61 0.75 NO. Sample метод Cross-plotting Рис.1.1 Система испытания передачи давления Рис.1.2 Трехосная экспериментальная система с сервоуправлениемб • Основным экспериментальным оборудованием данного эксперимента является трехкоординатная экспериментальная система TAW1000 с микрокомпьютерным управлением для механики горных пород , которая включает в себя предложенную трехкоординатную систему (система осевого давления, система давления грунта и система порового давления), систему управления и компьютерную систему, которая может имитировать исходное напряженное состояние грунта путем управления величиной периметрического давления и порового давления. Он имеет преимущества высокой точности испытаний, высокой надежности, стабильной работы и т.д. sketch of Cross-plotting experimental device １．Системы контроля порового давления ；２．高压釜(Автоклав)；３．Датчики；４．Компьютеры； ５．中间容器(Промежуточные контейнеры)；６．Система контроля окружающего давления；７．手摇泵 (Ручные насосы) Декан(C₁₀H₂₂) • Жидкость C₁₀H₂₂, используемая для данного эксперимента, является химически однородной и сжимаемой, и не вступает в реакцию с глинистыми минералами для повышения экспериментальной точности Экспериментальные процедуры и принципы • Периметрическое давление и входящее поровое давление(Жидкость C₁₀H₂₂ поступает из верхней части породы) прикладываются к породе, а компьютер может регистрировать выходящее поровое давление породы(Жидкость C₁₀H₂₂ вытекает из нижней части породы) в каждый момент времени • Окончательное решение с использованием закона Дарси и уравнения диффузии давления дает: • 𝒂𝒌 = ⅆ𝝈𝒄 ∕ ⅆ𝒑𝑷 • 𝝈𝒄 − Периметрическое давление (MPa) • 𝒑𝑷 −Поровое давление горных пород(MPa) метод динамический ультразвук • После откачивания и отталкивания водонасыщенного керна, скорости продольных и поперечных волн 𝑣𝑝 и 𝑣𝑆 керна в водонасыщенном и сухом состояниях были измерены интеллектуальным ультразвуковым синтезатором P.S волн под различным окружным давлением 𝜎𝐶 . Затем, согласно данным акустического каротажа и плотностного каротажа, выражение для решения коэффициента Био может быть получено 𝑘 следующим образом: 𝑎𝑎 = 1 − 𝐵 , из уравнения Био-Гассмана: 𝑘𝑠𝑎𝑡 = 𝑘𝐵 + выводится косвенно. 𝑘𝑚 𝑘𝐵 2 1− , 𝑘𝑚 которое Экспериментальные образцы группа D/mm L/mm Kg/MD Ø/％ проницаемость H 25 50 100~300 20~30 Высокий Песчаник M 25 50 20~100 10~20 Средний Грязесодержащий алевролит L 25 50 0.1~10 1~10 низкий Table 1 . D-Керны диаметр； L-Керны длина； Kg-проницаемость； Ø -поритость. Свойства породы Мутный алевролит Результаты экспериментов и их сравнительный анализ H группа Коэффициенты Био, полученные для кернов L методом дренажных испытаний, практически равны нулю, что далеко от результатов двух других методов испытаний и не соответствует теории упругости пор Биота, что говорит о нецелесообразности данного экспериментального протокола L группа M группа Метод дренажных испытаний не применим к кернам с низкой проницаемостью. Основной причиной этого является то, что низкопроницаемые керны слишком плотные и имеют плохую способность к перколяции, что приводит к низкому или отсутствию передачи порового давления во время эксперимента, что делает невозможным измерение значений коэффициента Био Величина коэффициента Biot увеличивается с проникновением Results by Cross-plotting method Заключение • (1) Для прорды со средней и высокой проницаемостью коэффициент Биота может быть измерен по всем трем экспериментальным схемам.Коэффициенты Биота для низкопроницаемых жил не могли быть измерены из-за их плохой проницаемости и низкой эффективности передачи давления. • (2) Результаты метода перекрестного картирования показывают, что коэффициенты Биота для жил высокой проницаемости составляют 0,90-1,00, для жил средней проницаемости 0,80-0,90, а для жил низкой проницаемости коэффициенты Биота наименьшие - 0,600,75.Коэффициенты Биота для среднепроницаемых жил составляют 0,80-0,90, а для низкопроницаемых - 0,60-0,75. • (3) Для кернов с низкой проницаемостью рекомендуется проводить перекрестное картирование для полученияВ связи с редкостью экспериментального оборудования, метод дренажа рекомендуется для кернов средней и высокой проницаемости, если позволяет экспериментальное оборудование, в противном случае вместо него может быть использован метод кроссплоттинга. • (4) Существуют различные факторы, влияющие на величину коэффициента Биота, включая внешние факторы, такие как эффективное напряжение, скорость экспериментальной нагрузки и протокол испытания, и внутренние факторы, такие как пористость, состав породы и тип поровой жидкости. [1] Xu xin，Wang Wei，Hu Mingyi，Li Hui，FengYi, Comparison and study over the Biot Coefficients test method in medium porosity and medium permeabilitys and stone reservoirs,Petroleum drilling thchniques[J],46(2): 109–114. (in Chinese) [2] Ma Zhonggao. Experimental investigation into Biot’s coefficent [J]. Oil and Gas Geology, 2008, 29(1): 135–140. (in Chinese) [3]Xiahongquan, Peng Meng, Song Erchao, Calculating method and application of rock anisotropic Biot coefficient, Well logginf technology[J],2019, 43(4）：477-483 [4] Cheng Yuanfang，Cheng Linlin，Li Hui. Research on testing methods of biot coefficient in reservoir with different permeability and its influencing factors[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2015,09(34): 98-104.(in chinese) [5] Hossein SalemiA,B , Stefan IglauerA, Ali RezagholilouA and Mohammad Sarmadivaleh A. Laboratory measurement of Biot’s coeffificient and pore pressure influence on poroelastic rock behaviour. The APPEA Journal ,2018, 58.(in English)
