致密砂岩岩石弹性各向异性实验研究

为研究致密砂岩岩样声波速度、弹性各向异性的影响因素及特点,选取四川盆地须家河组致密砂岩并在xx、yy、zz三个方向上钻取相同规格的岩心,利用实验仪器测量岩石的声学参数、基本物理参数,研究了含水饱和度、围压等因素对致密砂岩样品的声波速度、弹性各向异性参数的影响。研究结果表明岩样的纵横波声波速度随围压的增大而增大,随含水饱和度增加而增大。在干燥条件下,纵波各向异性参数γ随着围压增大而减小,横波各向异性参数ε随着围压增大而减小;在饱和水条件下,弹性各向异性参数随围压的变化规律与干燥条件时一致,不同的是变化幅度更加明显,说明了围压及饱和度对致密砂岩岩心各向异性影响较大。     

模拟地层条件下岩石泊松比实验特征与测井解释

在考虑地层围压、岩性及饱和流体介质条件下,开展井下岩心力学参数及超声波测试研究.研究结果表明,泥岩静泊松比均大于砂岩静泊松比,且单轴条件下二者差别大于围压条件下;围压条件下相同岩性、相同饱和流体介质的岩石静泊松比大于单轴条件下岩石静泊松比,且随着围压的增大,砂岩静泊松比的增幅大于泥岩.单轴条件下,同岩性饱和水岩样相比饱和气岩样的纵波速度增幅在10％～15％,横波基本无变化,动泊松比增幅在30％以上.围压条件下,饱和水岩样的纵横波速度随围压的增大而增大,纵波速度的增幅略小于横波速度,纵横波波速比随围压的增大而减小,岩石的动泊松比减小.在模拟地层围压和流体条件及区分砂岩、泥岩的前提下,建立了岩石泊松比测井计算模型.     

高温对富有机质页岩岩石物理特性的影响

以四川盆地下志留统龙马溪组富有机质页岩为研究对象,分析了高温处理后页岩岩石物理特性的变化规律,同时也探讨了高温对页岩岩石力学特性的影响。研究结果表明,随着温度的升高,页岩岩样的色调逐渐由黑色变为灰白色;页岩样品质量随着温度增加先缓慢下降后再快速下降,而孔隙度和渗透率先缓慢上升后快速上升,即质量、孔隙度和渗透率在温度增加的过程中发生了较明显变化,说明该过程中存在一个阈值温度,龙马溪组页岩的阈值温度范围在300~400℃;随着温度的增加,页岩样品纵横波时差降低,而纵横波衰减系数增大;随着温度增加,页岩样品单轴抗压强度降低,弹性模量下降,泊松比变化规律不明显。      

阿尔奇公式中m,n参数与地层水矿化度、围压和温度的实验关系研究

阿尔奇公式中的m,n参数不但与地层岩性和孔隙结构有关，而且还与地层水矿化度，围压和温度的变化有关，本文从岩石物理实验研究入手。以TZ2井等多口井的低孔低渗岩心作为岩电实验研究对象，研究了m,n值随地层水矿化度Pw，围压P和温度T的变化规律。并给出了其理论证明依据。实验发现胶结指数m随围压和矿化度的增大而增加，随温度的升高而减小，饱和度指数n也随地层水矿化度增加而增大，与温度和围压的关系类似于m指数与温度和围压的关系。这为利用阿尔奇公式解释地层含油气饱和度和冲洗带残余油气饱和度提供了可靠的m,n值。     

超深层井底应力环境下PDC单齿破岩机理研究

为了提高深部地层钻井机械钻速,结合高温高压条件下岩石的特性进行了室内试验,研究了超深层井底应力环境下PDC钻头切削齿破岩机理和PDC切削齿几何参数(前倾角)对钻进效果的影响,同时进行高温高压敏感性分析并对作业参数进行了优选。研究结果表明:在高温高压条件下前倾角对岩石破碎规律的影响与常温常压基本一致,前倾角20°左右时破岩效果最好;在高围压环境下,钻进速度随着温度的升高而增加,当钻压较小时,钻进速度增大趋势较缓,当钻压超过某一值后,钻进速度随温度的升高显著增加;高温高压条件下岩石的破碎规律与常温常压下基本相同,钻进速度随钻压及转速的增大而增加,但是增加幅度变小。研究结果可为钻头结构和钻进参数的进一步优化设计提供一定的指导。     

不同围压条件下含气致密砂岩孔裂隙形态演化试验研究

对4组深层致密砂岩样品进行不同围压条件下的声学测试,利用Biot相洽原理及微分等效介质原理对岩石裂隙密度ε及孔隙纵横比α进行了反演。将2种方法相结合探讨了不同围压条件下岩石中孔裂隙形态演化及分布规律,避免了单一方法研究的不足。研究结果表明,ε随围压增加而减小,α随围压增加而增大。由于不同砂岩内部结构及性质的不同,内部裂隙具有不同的应力敏感性。分选性较差的砂岩应力敏感性强,裂隙维持张开所能承受的应力较低;分选性较好的砂岩应力敏感性较弱,裂隙维持张开所能承受的应力较高。探讨了所定义转折压力与岩石样品物性间的关系,结果表明,两者具有非常好的正相关性。     

围压对碳酸盐岩储层饱和度指数影响实验研究

选取3组岩心,在对碳酸盐岩低渗透率气藏储层岩心建立不同含水饱和度的基础上进行不同围压条件下的电阻率实验测试,分析不同围压条件下岩心电阻率及饱和度指数n随不同围压变化的关系,探讨围压对岩心电阻率的影响机理。相同围压下,低孔隙度低渗透率碳酸盐岩孔隙度越大,饱和度指数n越小。低孔隙度低渗透率碳酸盐岩在低饱和度阶段电阻率随围压的增加而减小;中含水饱和度时,随着围压的增大电阻率先减小再略微增加;在高饱和度阶段,电阻率随围压增加略微增大。随着围压的增加,饱和度指数n减小,且随围压增大,饱和度指数变化幅度降低。该研究成果为室内碳酸盐岩岩电参数获取及实践中储量精确计算提供了依据。     

页岩三轴压缩条件下的纵横波速特征

针对页岩层理发育和各向异性强的特点,利用钻井取心进行了一系列三轴压缩条件下的超声波速度测试,获得了不同层理倾角、轴向载荷条件下的纵横波速度变化特性。实验结果表明:1)层理倾角增大,页岩的抗压强度和残余强度呈U型变化趋势,弹性模量逐步增加,泊松比呈先增后减的趋势;2)层理倾角增大,页岩的初始纵横波速度增大;3)随着轴向载荷对页岩内部结构的影响,三轴压缩条件的纵横波速度呈先增后降的趋势;4)页岩水化能增加纵横波速度,大幅度降低页岩的抗压强度;5)页岩动态弹性模量和泊松比的比值与静态弹性模量和泊松比的比值比较接近,相关性较好;6)在围压条件下,页岩弹性模量与泊松比的各向异性系数差别较小。实验结果对于认识和了解页岩的力学、超声波特性,以及声波测井的校正,具有一定指导意义。     

高温高压作用下致密砂岩三轴压缩试验

为探究温度和围压对四川盆地新场气田须家河组二段致密石英砂岩力学性质和破坏方式的影响,利用MTS815电液伺服控制刚性试验机还原其地下深部高温高压的地质环境进行常规三轴压缩试验。结果表明,温度一定时,试样的三轴抗压强度和弹性模量平均值均随围压增大而增大;围压一定时,随试验温度升高,60℃之前,致密石英砂岩试样的粘聚力呈二次非线性减小,内摩擦角、三轴抗压强度及弹性模量呈非线性增加;60℃之后,各参数变化趋势则与之前相反。60℃是温度-围压共同作用条件下试样力学性质变化的温度节点。在0~100 MPa围压范围、15~150℃温度范围内,致密砂岩试样变形破坏类型取决于温度和围压,围压对岩石强度的影响程度大于温度。按试样破坏过程和破坏方式,可将应力-应变曲线大致分为5种类型,破坏方式包含拉张破坏、剪切破坏、剪胀破坏和拉张-剪切破坏。     

围压对含水合物沉积物力学特性的影响

将实验室人工合成天然气水合物与高岭土混合制成岩心样以模拟海底含水合物沉积层,在不同围压条件下,对不同高岭土体积含量的含水合物沉积物进行三轴压缩试验。试验结果表明,当围压较低时,含水合物沉积物试样破坏强度随围压的增大而增大;而随着围压的进一步增加,试样强度有平缓下降的趋势。围压对含水合物沉积物试样的初始弹性模量影响很小,而割线模量受围压的影响较大,割线模量先随着围压的增大而增大,达到峰值后逐渐降低。高岭土含量对含水合物沉积物的内摩擦角影响不大,但对黏聚力有一定影响,随高岭土含量的增加,沉积物强度增大。图6表2参9     

高温高压对微波破岩效果的影响模拟研究

为了将微波破岩技术应用于石油钻井，研究了钻井过程中高温高压对微波破岩效果的影响。根据岩石不同矿物成分的微波吸收特性，建立了某岩石的二维平面模型，模拟分析了温度、围压及二者共同作用对微波破岩效果的影响。研究发现:在微波照射参数相同的情况下，随着井下温度升高，岩石发生塑性变形的时间缩短；随着井下围压增大，岩石塑性变形时间延长；温度和围压共同作用时，围压的影响占主导作用，而温度的影响主要在高温条件下体现。研究结果表明，围压不利于微波破岩，且影响较大；温度对微波破岩有一定促进作用，但只在高温条件下作用明显。因此，应用微波进行破岩时要综合考虑温度和围压变化对破岩效果的影响，及时调整微波参数，使破岩更加经济高效。      

川东北地区致密碎屑岩动静弹参数实验研究

利用“MTS系统”对四川盆地东北部上三叠统和中侏罗统致密碎屑岩进行了模拟地层条件下的波速及力学参数同步测试,并讨论了弹性参数的变化规律以及动静态参数间的关系。随着岩石中泥质含量和孔隙度的增加,波速和杨氏模量均降低。多数情况下,平行层理方向样品的波速、动态杨氏模量和体积模量大于垂直层理方向。随着温度的升高,波速、动态杨氏模量和体积模量都呈下降趋势。随着有效围压的增加,波速、动态杨氏模量和体积模量均呈现增加趋势,而泊松比在饱水时降低、干燥时增加。随着轴向差应力的增加,波速先增后降;对于砂岩,纵横波峰值速度大致在极限强度的80%和50%处。饱水样品的纵波速度和动弹模量明显大于干燥样品,而横波速度与饱水与否无关。动杨氏模量大于静杨氏模量,而动静泊松比间的相对大小关系不明显。      

孔隙流体分布对部分饱和储层砂岩速度实验结果的影响及理论分析

在实验室高频条件下，对储层砂岩样品采用常规吸入饱和法得到的纵波速度与饱和度的相关性表现出复杂的变化趋势，在压力较低时纵波速度随饱和度的增加表现出非线性增大，而压力较高时纵波速度先减小后增加，实验结果与地震勘探中用有效流体模型得到的理沦值不同。对基于有效流体模型和斑块模型的弹性波速度与饱和度的相关性理论进行了讨论，指出不均匀斑块饱和方式对速度的影响是频率相关的，它包含了多个孔隙的一种更大尺度上的频散作用。对低压力下的部分饱和储层砂岩样品的速度实验值进行了Blot流和喷射流频散作用校正，实验所得的纵波速度值落在了有效流体模型的下限速度值斑块模型和上限速度值所围成的区域内。     

温度压力对岩石可钻性和破岩效率影响实验

破岩效率低是深层超深层钻井面临的主要难题之一,受深部地层温度、压力影响,深层超深层钻头破岩效率与浅层钻井有较大差异。基于高温高压钻井模拟装置,测试分析了温度、压力对岩石等效可钻性级值的影响,通过温度20、150、300 ℃,围压25、50 MPa环境下钻头破岩实验,开展了破岩效率影响因素敏感性分析。实验结果显示:在温度、压力单因素作用下,花岗岩等效可钻性级值随温度升高而降低,随压力增加而升高;温度、压力耦合作用下,压力因素对花岗岩等效可钻性级值的影响大于温度因素,花岗岩等效可钻性级值升高1~2级。在20~300 ℃,钻头破岩效率均随温度的升高而增加,高钻压(800 N)下破岩效率对温度敏感性升高,高转速(50 r/min)下破岩效率对温度敏感性降低;在0~50 MPa围压范围,钻头破岩效率均随围压的升高而降低;在温度150 ℃、围压50 MPa环境下,破岩效率与钻压、转速正相关,且与转速近似呈线性关系,钻压、转速对破岩效率的敏感性大于温度、围压对破岩效率的敏感性。综合以上分析可知,高温高压地层钻井时,基于岩石可钻性级值优选或设计钻头时,应考虑温度、压力的影响,同时通过强化钻井参数,可经济有效地提升钻头破岩效率。     

水泥石力学变形能力的影响因素实验分析

针对从实验角度计算水泥石在一定井下条件的变形能力研究相对较少的问题,结合弹性耦合力学模型,利用实验结果计算并分析了在一定工况下,水泥浆配方、实验温度、围压、养护时间、水泥环厚度5个方面对水泥石变形能力的影响。结果表明,加入弹韧性材料能够降低水泥环的弹性模量,且加入胶乳后的水泥环力学变形能力较纤维水泥环明显要好;随着养护温度的升高,水泥石的弹性模量减小,从而增加了水泥环的总变形能力;随着围压的增大,水泥环变形能力有减弱趋势;随着水泥环在井下的时间增长,在一定程度上提高了水泥环的力学变形能力;虽然水泥环厚度对水泥石自身性能无影响,但水泥环厚度从38.1 mm减小到19.1 mm,水泥环在井下条件的变形可增大85.5%。     

成都洛带气田蓬莱镇组储层特征

洛带气田蓬莱镇组浅层气藏的储层孔隙度、渗透率及压缩规律的实验研究表明,随着围限压力增加,孔隙度及渗透率相应降低,当围限压力增加到10MPa时,测得的孔隙度、渗透率与常温、常压下测定的孔隙度、渗透率相比最大可分别下降7.39%和80%.储层孔隙度的变化与钙质、硬石膏的含量有密切关系。据岩芯薄片资料建立了相应的数学关系式。结构参数描述说明,该气藏的Ⅰ～Ⅲ类储层喉道半径主峰分布在0.4～4.0μm喉道半径之间,而90%以上的累积渗透率贡献则分布在喉道半径为1.0μm以上,说明大喉道对气体的运移起主要的控制作用。     

变形对有机质成熟度影响的实验初步研究

对3种不同煤级的煤样进行了高温高压变形实验。实验样品的镜质体反射率的变化与应变量之间显示出正相关关系,表明了变形可以促进有机质成熟度的提高。但是与时间和温度因素相比变形只是一个辅助因素,仅是变形不能改变有机质的成熟度。在本项实验中围压对有机质成熟度起到阻碍作用。虽然目前从实验角度区分应力和变形两者分别的作用尚有困难,但变形看来是更为关键的因素。共轴变形促进煤化作用的机理可能是与变形有利于煤化反应平衡方程向正向发展有关。      

三轴应力作用下煤体渗流规律实验

为了弄清三轴应力作用下煤体的渗流规律,运用CGMS煤层瓦斯气液相对渗透率测试系统准三轴渗透仪及恒温系统,以山西省沁水煤田阳泉固庄煤矿的煤样为例,进行了如下内容的实验研究:①煤样在相同孔隙压力不同体积应力下煤样的渗透率变化;②相同轴压和围压下不同温度下煤样的渗透率变化。实验结果表明,当孔隙压力不变时,煤体渗透率随体积应力增加呈负指数规律变小;当体积应力不变时,煤体渗透率随着温度的增加而增加。