中伊朗盆地地层条件下裂缝性储层岩石力学性质实验分析

对中伊朗盆地Arn-2井和Fkh-1井2 300~3 300 m的库姆组灰岩在模拟地层条件下(包括围压、温度、孔隙饱和流体和取样方向)的岩石力学性质进行了测定.所测岩石的压缩变形特征按应力—应变曲线形态可分为2种类型:弹性变形和弹—塑性变形.绝大多数样品表现为脆性,破坏前的总轴向应变一般不超过3%,大多为1%左右.所有岩心样品由于其埋藏深度差异较大,力学参数的变化范围也较宽.所有样品的抗压强度介于46.52~288.31 MPa;杨氏模量介于11.00~286.53 GPa.Fkh-1井库姆组E段抗压强度、杨氏模量和泊松比均大于Arn-2井库姆组E段.同时Fkh-1井库姆组内抗压强度A段大于C段大于E段,反映了岩石抗压强度随深度增大而变大.地层条件下流体对Fkh-1井岩石力学性质的影响主要是岩石饱油抗压强度大于饱水抗压强度,岩石饱油杨氏模量大于饱水杨氏模量.当样品中存在薄弱面时,会显著地降低岩石的抗压强度和杨氏模量;多数样品平行层理方向的抗压强度和杨氏模量与垂直层理方向的抗压强度和杨氏模量不等.      

致密储层岩石的微观结构和力学性质试验分析

以致密砂岩为研究对象,利用美国GCTS公司研制的RTR-1000型静(动)三轴岩石力学测试系统对川中某气田和苏里格气田储层致密砂岩进行了模拟地层条件的岩石力学性质测试,获得了致密砂岩在储层条件下的弹性模量、泊松比和抗压强度等岩石力学参数。采用岩石显微组构分析和岩石力学试验相结合的方法,探讨影响岩石力学性质的因素,为该类型储层条件下岩石力学性质的研究提供了一些基本参数。     

岩石电阻增大率和地层因素方程的基本形式

为了得到岩石电阻增大率和综合地层因素理论方程,根据均质储集岩饱和度模型,分别在纯水层、含可动水油层中推导出岩石电阻增大率与束缚水电阻率、可动地层水电阻率、束缚水饱和度及可动水饱和度之间的关系方程,指出岩石电阻增大率的变化只与储集岩的孔隙结构、地层条件下地层水性质及地层水在岩石孔隙中的存在形式有关.与此同时,将综合地层因素定义为100%含水岩石电阻率与综合地层水电阻率的比值,综合地层因素只是岩石总孔隙度的函数,与其他因素无关.     

提高疏松砂岩测井含油饱和度精度的探索

测井含油饱和度是计算石油地质储量的重要参数之一,通常由Archie公式获得,公式中的孔隙胶结指数m和饱和度指数n需依据岩石电阻率实验室测量结果确定。目前国内岩石电阻率测量基本上是在与地层条件(温度、压力、有效应力等)有较大区别的实验室条件下完成的,所测定结果用于测井含油饱和度计算会带来一定的不确定性,尤其对于疏松砂岩储层。渤海渤中34-1、渤中28-2等油田(主要含油层为疏松砂岩)储量评价中采用了覆压条件下岩石电阻率测量结果。对比分析结果表明,采用覆压条件下岩石电阻率测量结果确定m、n值,可以显著提高测井含油饱和度的计算精度,可为储量评价提供可靠的岩石物理参数。     

流花油田岩石抗压强度回归模型的建立

针对中国南海某深海油田，详细介绍了岩石抗压强度的测试目的、测试方法及其影响因素，具体分析了岩石抗压强度与声波时差、岩石密度、孔隙度及地层埋藏深度等参数之间的关系。结合测井解释资料，根据概率论与数理统计基本理论，建立了岩石抗压强度与声波时差、地层深度之间的二元回归模型。通过现场资料进行了验证，结果表明岩石抗压强度回归模型预测的精度比较高，误差控制在15．04％以内。     

不同温压下页岩动态与静态弹性模量转换研究

岩石动态与静态弹性参数存在差异,在应用时需要进行转换。目前国内外学者对岩石动态与静态弹性模量转换实验多在常温与常压下进行测试,没有考虑温度和压力对测试结果的影响,导致转换结果不能充分反映储层力学性质。本次研究以四川盆地上奥陶统和下志留统的五峰组-龙马溪组黑色页岩为研究目标,开展不同温度与压力条件下岩石动态与静态弹性力学实验,并对测试结果进行分析。结果表明：①当温度与压力一定时,动态杨氏模量测试值比静态杨氏模量测试值大,并且二者有一定的线性相关性;②页岩动态与静态杨氏模量均与温度、压力有关,温度一定时,页岩动、静态杨氏模量均随着围压的增大而增大;压力一定时,页岩动态与静态杨氏模量均随着温度升高而降低,并对不同温度、压力条件下动、静态弹性力学参数变化规律进行了机理分析;③建立了不同温度、压力条件下页岩动态与静态弹性参数转换模型,该模型可以将任意温度、压力条件下测试的动态弹性参数转换为储层条件下岩石的静态弹性参数,并能取得较好效果。利用本模型可以为研究区页岩气开采及注水压裂施工方案提供可靠的静态弹性模量,研究具有一定的实际意义。     

根据多频介电测量获得地层特征参数

为了区别淡水和石油，上世纪70年代研究成功介电测井，单独使用各种电阻率测井来区别淡水和石油是困难的。在环境条件下，水的介电常数至少比石油或岩石基质介电常数高一个数量级，因此地层有效介电常数测量值对地层水含量是灵敏的。和地层总孔隙度结合直接地确定含水饱和度是可能做到的，因此避免了使用阿尔奇公式和电阻率测量结果时涉及需要用胶结指数和饱和度指数带来的困难。介电测井解释需要建立各种介电特征和岩石组成成分间关系。在1GHz频率条件下（Seleznev等人，2004年）经验性复杂折射指数模型展示出良好的可行性。在用盐水饱和的不含粘土岩石中低频情况下介电常数不仅强烈地受盐水体积含量影响，而且也受岩石结构的强烈影响。这种依赖关系限制了简单经验关系的适用范围，并且要求开发一种能够适当描逆结构非常不同的岩石，例如碳酸盐岩的介电弥散及电导率弥散的综合弥散模型。 近似地世界上石油的一半是采于灰石储集层和白云岩储层（Dickey，1979年）。碳酸盐岩油藏含有世界地下石油剩余储量的60％以上。巨型碳酸盐岩油田，特别是中东的油田？预计21世纪在世界石油产量中处于支配地位。结构参数，例如阿尔奇公式胶结指数变化大的碳酸盐岩地层的介电测井解释，容易应用结构弥散模型。本文中，我们采用这样的模型，以致于以多频测量结果能计算岩石结构影响并且和实验数据相匹配。我们也推荐了解释方法，它能提供冲洗带电阻率、含水饱和度及阿尔奇公式胶结指数。     

川西新场气田沙二段致密砂岩储层岩石力学性质

对川西新场地区侏罗系沙溪庙组二段致密储层样品所进行的岩石力学实验结果表明，岩石抗张及抗压强度随着岩石密度的增加而增大、岩石孔隙度的增加而减小，且随着岩石粒度的增加，抗张强度减小、抗压强度增大；砂岩的弹性模量明显高于泥岩，且随着岩石密度的增加而增加、孔隙度的增加而减小。与常温常压下相比，模拟地层条件下沙溪庙组泥岩饱和介质为气体时，抗压强度高3.2倍，弹性模量低2.35倍，泊松比高2倍；当砂岩饱和介质为水时，与饱和气体介质的砂岩相比，强度及弹性模量均降低，泊松比增大。这说明水介质对岩石有“软化效应”。进而在实验研究的基础上，应用测井、压裂资料计算了地层的岩石力学参数，通过对三种方法所得结果的对比分析，评价了地层条件下岩石力学参数，由此获得了较为合理、可信的地层岩石力学参数剖面。     

岩石力学参数求取方法进展

准确求取岩石力学参数对于制定完善的钻井、完井与油气开发方案和技术措施，降低作业风险具有重要的作用。介绍了两种求取岩石力学参数的方法，即实验室试验法和测井资料法，其中由于测井资料的获取相对容易，且表征地层的信息连续，因而得到了广泛应用，给出了利用测井资料求取岩石弹性参数和强度参数的基本公式，对钻井与开采过程中由于泥页岩水化和岩石环境的改变对岩石力学参数的影响进行了详细的分析，找出了其变化规律，并给出了相应的求取岩石力学参数的数学模型，丰富和完善了岩石力学参数求取方法，指出在求取地层坍塌压力、地应力等参数及制定技术措施和技术方案时，应当应用当时地层条件下的岩石力学参数值。     

自适应岩石力学参数测井解释模型及其在水力压裂设计中的应用

岩石力学参数是解决井壁失稳、水力压裂、出砂预测等石油工程问题的基础。提出了自适应岩石力学参数测井解释模型,解决了模型在工程实际应用中产生的区域性和层位性问题,结合改进的计算方法能更准确地预测压裂地层岩石力学参数。建立的水力压裂岩石力学参数计算方法更全面地考虑地层条件,具有更高的计算效率,适合现场进行水力裂缝几何形状模拟压裂施工优化设计及增产预测,同时也为出砂预测等石油工程问题提供基础数据。     

深层致密砂岩气藏干湿交替诱发气井出砂实验模拟

塔里木盆地库车坳陷深层致密砂岩气藏天然裂缝发育,处于高温高压和高地应力的封闭环境,地层水矿化度高,局部存在超低含水饱和度特征,部分气井生产中经常伴随不同程度的出砂现象,严重干扰气井正常生产。选用库车坳陷某深层致密砂岩气藏岩样,实验模拟含水饱和度升降的干湿交替过程,监测岩石动态力学参数及应力敏感系数变化。结果表明,干湿交替后深层致密砂岩气藏岩样的动态杨氏模量和泊松比均显著降低,深层致密砂岩气藏基块岩样和裂缝岩样的应力敏感系数分别为0.50~0.89和0.43~0.45,应力敏感程度分别为中等偏弱—强和中等偏弱。分析认为:①气体钻进过程(干化过程),地层孔隙压力释放改变近井地带应力、气体冲蚀裂缝面和盐析产生的结晶应力会降低岩石强度,诱发出砂。②气液转换钻完井过程(干湿交替过程),干湿交替、酸液溶蚀、裂缝面摩滑和含水饱和度变化引发的黏土矿物吸水与脱水和类球状风化对岩石裂缝面砂粒的剥落都会弱化岩石强度。③裂缝面脱落的砂粒对裂缝起到支撑作用,可弱化裂缝应力敏感程度。深层致密砂岩气藏开发过程应减少干湿交替轮次和液相侵入量,难以避免进入的液相要快速返排,防止液体弱化岩石强度,压裂过程加入纤维以防止支撑剂返吐,并结合适度出砂措施和绕丝筛管防砂工艺控制气藏出砂。     

吉木萨尔凹陷芦草沟组致密储集层岩石力学特征

吉木萨尔凹陷致密油藏储量巨大,但储集层孔渗性差,其单井产量低、生产周期长、开发成本高,系统地研究储集层岩石物理力学和地应力特征,对致密油藏的勘探开发有着重要意义。为了认识致密油藏储集层的岩石力学特征,建立储集层岩石力学参数测井评价模型,优化工程技术措施,选取吉A井和吉B井全直径岩心,在围压分别为0.689 5 MPa,11.032 0 MPa,22.064 0 MPa 下进行声波测试和三轴抗压测试。结果表明,纵波和横波速度、动静态杨氏模量相互关系显著,三轴抗压强度随围压增大近似线性增大,围压对样品的破坏形态具有显著影响。     

东濮凹陷岩石声学和弹性力学参数特性试验研究

以东濮凹陷钻井取心岩样为例,在实验室模拟井下温压条件,研究了干岩样和孔隙充填流体岩石的声学特征,以含水饱和度20%为间隔,分别测量了纵波速度、横波速度、密度、泊松比、杨氏模量、弹性模量、切变模量、体积模量等8个岩石声学和岩石弹性力学参数,拟合了东濮凹陷1号样品在干岩样和100%含水时的压力与纵横波速度、纵横波速度比、泊松比及岩石弹性力学参数之间的关系,以及2号样品在油驱水过程中纵横波速度、波速比、泊松比及岩石弹性力学参数在不同压力和温度下随含水饱和度的变化规律,该拟合结果为东濮凹陷叠前弹性反演、岩性识别和流体检测等提供了可靠的基础数据。研究结果亦可为今后该地区的地质和地球物理特征研究提供岩石物理参考。     

考虑岩样尺度效应时钻井液对岩石力学性质影响的试验评价

在考虑试验岩样尺度效应的基础上,进行的模拟地层条件下钻井液对岩石力学性质影响的试验研究结果表明:经钻井液处理后的Φ25mm×25mm岩样的抗张强度高于未经钻井液处理的Φ50mm×50mm岩样,且处理后的岩样抗张强度均高于未处理的岩样。对于钻井液处理前后同尺寸的岩样,由于试验岩样中泥质软颗粒含量高低不同,在孔隙度小于2.5%时,孔隙度越小,处理前后的抗张强度相差越大,且处理前的岩样抗张强度比处理后的岩样大4MPa左右;在孔隙度大于2.5%时,钻井液处理前后的岩石抗张强度趋于一致。在模拟地层条件下,钻井液处理后的岩样抗压强度和弹性模量显著下降,泊松比增大。岩石矿物中的泥质黏土矿物遇到钻井滤液后产生软化效应,致使岩样呈现:经钻井液处理时间越长,其抗压强度和弹性模量下降越多的趋势。     

碳酸盐岩储层酸处理降低破裂压力研究综述

我国具有丰富的低渗透油气资源,压裂酸化改造是提高低渗透油气藏开采效果的重要手段,而地层破裂是储层压裂酸化改造成功的关键。在低渗透储层的改造过程中,由于储层段埋藏深、构造应力异常、泥质含量高等原因,某些井地层破裂压力异常高,导致了施工失败。本文以碳酸盐岩储层为研究对象,通过对碳酸盐岩岩石力学强度的本质分析,综述了岩石的矿物组成、结构特征、构造、水或者化学溶液作用以及缺陷对碳酸盐岩岩石力学性质的影响。为酸处理降低岩石力学强度,从而降低地层破裂压力提供了重要理论依据。     

基于岩石物理实验的储层与孔隙流体敏感参数特征——以珠江口盆地东部中-深层碎屑岩储层为例

岩石物理实验是研究储层地震响应特征的重要手段,利用实验测试不同类型、含不同孔隙流体岩石样品的岩石物理参数,可为寻找优质储层及烃类流体的敏感性参数提供实验依据。根据珠江口盆地中-深层碎屑岩储层油气勘探的需要,选取珠一坳陷的惠州凹陷、陆丰凹陷和西江主洼,珠二坳陷的白云主洼、白云东洼和番禺低隆起等地区13口井的碎屑岩储层样品,开展了岩石物理参数的实验测试研究。通过地层压力条件下不同岩性、不同物性、不同孔隙流体饱和度的测试分析,得到样品的储层物性特征和岩石物理参数特征及岩样含不同孔隙流体饱和度时的地震响应特征。测试结果表明：岩样具有高孔中渗、中孔中低渗、低孔低渗、特低孔低渗等多种储层物性特征,物性具有明显的差异;岩样纵/横波速度、杨氏模量、剪切模量、体积模量、拉梅常数等岩石物理参数与孔隙度、渗透率、密度之间具有较高的相关度;岩样随着含水饱和度的提高,其拉梅常数、体积模量、泊松比、纵波波阻抗、纵波速度、纵/横波速度比随之增加,变化幅度大,表现出对含水/气、含水/油饱和度的变化比较敏感。岩样的横波速度、横波波阻抗、剪切模量变化较小,表现出对含水/气、含水/油饱和度的变化敏感性较弱。ρf、λρ、λρ ·μρ、σ、Z_p-Z_s等流体识别因子具有很强的气水识别能力,也具有一定的油水识别能力。不同流体识别因子的组合模板,具有较好的识别气、水、油的效果,且识别海相储层孔隙流体的效果明显好于陆相储层。     

复杂条件下疏松砂岩油藏动态出砂预测研究

静态出砂预测没有考虑地层压力、含水饱和度和地层温度等变化对出砂临界条件的影响,导致开发过程中出砂预测结果与实际偏差较大。为了研究动态因素对出砂条件的影响规律,根据试验结果拟合岩石强度含水饱和度的变化规律,含水饱和度由0.15变为0.50时,储层岩石强度下降幅度可达60%左右;考虑地层压力下降对近井地应力的影响,以及温度变化导致的储层热应力改变,建立了稠油热采储层动态出砂临界条件的预测方法。渤海油田注多元热流体油井数据分析表明,储层出砂临界压差随着地层压力下降和温度升高以类似于指数式规律降低,在早期变化较快,然后下降速度逐步变缓;出砂临界压差随含水饱和度和含水率的升高以接近线性的规律降低。研究表明,注热开采稠油油藏出砂风险最大的时期为注热—焖井—生产的转换阶段,即转生产的初期,此时应逐步缓慢提高产量到正常产量。      

超临界二氧化碳压裂过程中注入压力对致密砂岩力学特征的影响

针对致密砂岩气藏采用超临界二氧化碳压裂技术开发中,未考虑二氧化碳流体对储层岩石力学影响,从而导致设计压裂施工参数与现场实际不吻合问题,取苏里格气田2 800 m左右石盒子组地层岩心,在围压38 MPa、温度85 ℃下,模拟地层条件开展超临界二氧化碳压裂致密砂岩岩石力学特征实验,测试二氧化碳注入压力从3 MPa增加到35 MPa,然后加轴向压力至岩石破坏,获得致密砂岩岩石应力—应变曲线。研究表明,随超临界二氧化碳注入压力增大,致密砂岩抗压强度、弹性模量均减小,泊松比则增加,脆性指数先略微增大而后呈减小趋势。拟合出脆性指数与二氧化碳注入压力的关系式,相关系数为0.903 6,注入压力为4.55 MPa时脆性指数极值为0.483 5。超临界二氧化碳压裂时应考虑注入压力对岩石力学参数的影响,弹性模量、泊松比、脆性指数等岩石力学参数影响致密砂岩裂缝起裂及扩展规律。     

陆相页岩储层横观各向同性地应力测井预测

以新疆MH凹陷F组陆相页岩油储层为研究对象,开展了不同角度岩样声波波速测试以及单三轴压缩测试,分析并计算了研究区页岩油储层地层压力及构造应变系数,对比了使用均质体地应力模型（黄氏模型及组合弹簧模型）与横观各向同性地应力模型计算水平地应力效果。结果表明：0°、45°及90°方向岩样声波波速差异明显,体现出较强的各向异性特征;岩样破坏形态以脆性破坏为主,90°方向岩样抗压强度、弹性模量以及泊松比明显大于0°方向岩样力学参数值;横观各向同性地应力模型计算水平最小、最大地应力结果与实测地应力相对误差仅为1.79%、5.00%,相对于均质地层的组合弹簧模型和黄氏模型而言精度更高。因此,使用横观各向同性地应力模型计算陆相页岩油储层地应力有更好的效果,对于压裂层段优选、钻井安全钻进等均具有重要意义。     

物质平衡原理在特低渗透M油藏中的应用

特低渗透M油藏原始含水饱和度较高,弹性开采一段时间后,单井含水率呈现缓慢上升趋势。基于此生产特点,利用物质平衡原理,考虑岩石孔隙体积、流体体积以及高压物性参数随地层压力的变化,并结合油水相渗曲线,建立M油藏不同单井控制储量条件下的累计产水量增量与累计产油量、地层压力与累计产油量2套理论关系图版。文中以3口油井为例,实现了在不关井测压条件下,将实际生产动态数据与理论关系图版进行拟合,求取单井控制储量和单井地层压力。研究表明,该方法与压力恢复试井法的分析结果相近,且可靠性较高,在生产特征类似的特低渗透油藏中有一定的应用前景。