盐岩单轴压缩损伤演化及声发射特征研究

盐岩具有低渗透性、良好的蠕变特性和损伤恢复功能等,是油气储存的重要介质,但是盐穴储气库注采运行中,盐岩变形存在大变形的力学行为,影响储气库的安全性。利用MTS815岩石力学测试系统对不同类型盐岩进行单轴压缩实验,配合声发射监测系统对实验全过程进行声发射监测,展开了盐岩变形破坏过程的力学特性及声发射特征研究,并对其损伤演化特征进行探索。结果表明:(1)在盐岩样品中存在夹层可以明显提高其抗压强度,通过3组实验岩心平均抗压强度对比发现盐岩中存在夹层强度可提高20%,3类岩心实验过程中声发射事件在抗压强度的40%以下较为平静,超过40%时声发射事件激增;(2)通过对声发射事件空间位置研究可以得到其对应岩心的破坏演化过程:含泥盐岩最初在样品各处均发生微小裂隙,随着应力的增加微小裂隙扩展连通主要发生在泥质含量较高区域,并在该区域形成宏观裂隙;含夹层盐岩破坏首先发生在硬夹层,然后向盐岩层扩展,最终穿透盐岩层丧失承载能力;纯盐岩首先在样品中部发生损伤,然后向两端传递,但是破坏主要在样品中部聚集,最终形成宏观断裂面;(3)利用能量累计值建立损伤变量,将损伤变量的演化曲线分为四部分,并提出工程的安全预警阈值。     

H储气库注采诱发应力场及断层滑动趋势变化

H储气库运行初期出现了数次弱震或微震，研究该区注采诱发地层应力场变化及断层易滑动性对小震级地震的影响具有重要的意义。为此，通过钻孔崩落数据和震源机制解反演了工区应力方向，并且基于钻孔崩落及钻孔诱发张裂缝数据，利用应力多边形理论来约束应力量值范围；然后，根据多孔介质弹性理论来估算气田开采和储气库周期注采情况下地层应力的变化，进而讨论断层滑动趋势与小震级地震的关系；在此基础上，得出了H储气库最大允许孔隙压力值。研究结果表明：① H储气库工区最大水平主应力方向为N21°E～N23°E，与区域现代构造应力场结果较一致；②H储气库注采前储层段水平最大、最小和垂直主应力量值分别为151.3±11.6 MPa，72.7±3.0 MPa和80.2±1.2 MPa，应力结构类型为走滑型；③在H气田开采初期储层段应力结构类型为逆冲型，而随着天然气的采出逐步转换为走滑型，之后储气库的周期注采使得应力结构类型在走滑型与逆冲型之间转换；④随着天然气开采，断层滑动趋势数值降低，而储气库注气有可能会增加断层滑动的风险，H断层滑动趋势数值随着储气库周期注采而发生周期性变化；⑤诱发微震发生的临界断层滑动趋势数值为0.45±0.03，避免微震发生的最大允许地层压力为27.7 MPa。     

典型碳酸盐岩渗透力学行为特征及其对储、盖性质的判定

目前对碳酸盐岩的研究主要关注其油气的储集空间,针对含油气盆地中碳酸盐岩的勘探也主要是为了寻找优质的油气储集体。然而,随着油气勘探向深层更古老的地层拓展,有效的碳酸盐岩储—盖配置显得至关重要。勘探证实,深埋条件下碳酸盐岩有利相带仍然发育高孔渗的优质储集体,然而是否发育与之配置的碳酸盐岩盖层就成为了制约深层碳酸盐岩油气勘探的关键因素。首次系统全面地通过对典型碳酸盐岩开展不同温度条件下三轴应力加载全过程渗透力学试验,得出了碳酸盐岩在破坏变形过程中渗透率随温度、围压的演化过程。试验分析结果显示,典型白云岩和典型灰岩在深埋应力作用过程中渗透力学行为特征具有明显差异,白云岩更多地显示出储集性能的特征,表现为脆—塑转换临界围压较大,岩石更容易形成裂缝,渗透率随温度的增加而增大等;而灰岩则表现出盖层的属性,体现在脆—塑转换临界围压小于白云岩,岩石相对容易形成密闭,渗透率随温度的增大逐渐减小。综合分析认为,白云岩和灰岩的纵向叠置能够形成有效的油气藏储—盖组合。     

复杂岩性盐穴储气库水溶特性及造腔对策

我国盐穴储气库建库地质条件复杂,优选建库区域及层段是盐穴储气库高效建库的基础。以平顶山、淮安、安宁、楚州4座盐穴储气库为研究对象,针对不同建库区、不同建库层段、不同特征岩性开展岩心水溶组分分析化验,归纳了4座储气库建库地层水溶特性,分析了不同地区造腔影响因素,并提出相应建库对策:（1）平顶山加强夹层垮塌的控制和预测;（2）淮安采取水平井工艺避开厚夹层;（3）安宁采取防垢、除垢措施减小管道结垢对工程的不利影响;（4）楚州采取提高残渣有效空间动用率的方式增大库容。     

气藏型储气库温度敏感性及其对气井注采能力的影响

气藏型储气库交替注采工况下的储层温度变化是影响渗透率乃至储气库注采能力的关键因素.为探究砂岩储层渗透率的温度敏感性规律及其对气井注采能力的影响,在储气库运行的温度范围内设计了多轮次交变温度下渗透率温度敏感性实验,模拟气藏型储气库储层温度的周期性变化.实验结果表明:(1)储层渗透率随温度升高而减小,随温度降低而增大,且多...     

节理发育密度对地表最大下沉值的影响分析

为了查明节理发育密度对地表最大下沉值的影响程度,利用数值模拟的方法,用数值软件中的"均质度"来近似代替节理密度,研究了不同均质度下煤层覆岩的声发射和地表最大下沉值的变化情况,结果表明,随着均质度的增大,覆岩中声发射的能量和范围均呈减小之势,地表最大下沉值亦逐渐减小。     

构造应力对煤层顶板稳定性影响的数值分析

煤层顶板垮落是煤矿生产常见的灾害,煤层顶板稳定性预测是防治顶板事故的关键技术措施。构造应力是影响煤层顶板稳定性的重要因素之一。利用FLAC3D软件,分析在构造应力的影响下煤层项板在采动过程中的变形破坏特征,以及不同侧压条件下煤层顶板的移动规律。结果表明,顶板破坏在岩梁中部是由下向上发展的,在一定的条件下,随着水平构造应力的增大,顶板破坏范围逐步减小,顶板岩层的位移逐步减小。     

盐穴储气库全周期注采模拟——以JT储气库X1和X2盐腔为例

中国盐穴储气库建设运行时间短,与国外具有成熟技术的盐丘型地层建库相比,多为复杂层状盐岩地层建库,存在盐层品位低、夹层多、形成的盐腔不规则等问题,对盐腔的稳定性和储库运行的安全性评价提出了更高的要求。利用大型物理模拟实验装置,根据岩石力学相似性原理,研制相似性材料和相似模型,对盐穴储气库的注采进行全周期模拟,用以研究盐穴储气库注采运行规律、盐腔周围应力—应变特征及盐腔变形特征。研究结果表明,实验过程中腔周应力和应变的反应较盐腔内气压变化滞后;采气降压时腔周应力增大,应变也随之增大,腔顶位置较其他部位更易出现应力集中的趋势,而腔腰和最大腔径处的变形相对较大。结合数值模拟研究和现场生产测试,对JT盐穴储气库的盐腔和盐柱受力与变形特征进行研究的结果表明,目前运行各阶段应力分布均为压应力,主要在盐腔顶部和盐腔中间位置发生应力集中,但无拉应力,未产生拉应力损伤破坏;内压最小时盐腔周围的安全系数都在1.5以上,压力最大时安全系数在3.0以上,这两种状态下均未发生扩容损伤破坏。研究成果对中国类似盐穴储气库运行方案的设计、稳定性评价及腔体损伤评估、灾害预防等具有重要的指导作用。     

层状盐岩中裂纹扩展规律的细观实验研究

 层状盐岩力学行为的研究是地下盐岩储库建设的科学基础。借助可以进行原位加载下实时观测的SEM实验系统,对载荷作用下层状盐岩开裂破坏时的裂纹扩展规律进行研究,并从能量耗散及释放的角度探讨层状盐岩破坏的细观机制。观察发现,层状盐岩中岩盐与泥岩夹杂的细观结构有着较大差异,从而影响着盐岩的宏观力学行为。层状盐岩中裂纹扩展路径一般不是沿着岩盐与夹杂的界面,而是在岩盐或夹杂中扩展。且当裂纹在泥岩夹杂中扩展时,能量耗散明显,形成不规则的裂纹,其分形维数大于1,并有可能出现分叉,此时盐岩承载能力较弱,外载做功还较小时就会导致破坏;当裂纹在岩盐中扩展时,伴随较多的弹性能快速释放,形成较平直的裂纹,其分形维数近似为1,并有可能出现较大张开,此时盐岩承载能力较强,吸收外载做功的能量较高。