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.      

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。     

川西坳陷深层岩石力学特征及其影响因素

为了确定川西坳陷深层须家河组致密砂岩的破裂特征及其影响因素，在模拟地层条件下，利用MTS岩石物理参数测试系统对该区岩石有关力学参数进行了测试。实验结果表明，随着孔隙度的增加，岩石抗压强度和静弹性模量降低；随着轴向差应力的增加，岩石波速先增加后降低；多数情况下，静泊松比大于动泊松比，动弹性模量大于静弹性模量、岩石经泥浆处理后塑性有所增加，抗压强度和弹性模量下降；除个别岩石外，多数岩石经泥浆浸泡后泊松比增大.     

页岩力学参数各向异性研究

页岩气开发过程中钻遇的页岩储层,由于其层理构造具有明显的各向异性,开展相关研究对钻井和储层改造是十分重要的。分析认为,可以假设页岩为横观各向同性介质,并从横观各向同性应力应变关系的坐标变换出发,能够推导出层理性页岩方向性的弹性模量、泊松比与垂直层理、平行层理方向弹性常数的关系。通过不同层理倾角页岩岩样的单轴压缩实验和超声波实验测量岩样的抗压强度、动静态弹性模量和动静态泊松比,研究了页岩层理对其力学参数的影响。实验和理论计算结果均表明：将层理页岩看做横观各向同性介质在力学上是相对准确的;垂直层理方向的弹性模量和泊松比小于平行层理方向的弹性模量和泊松比;动态弹性参数的各向异性程度强于静态弹性参数的各向异性程度;层理岩石弹性模量、泊松比随层理倾角有规律变化;根据垂直和平行层理面的弹性常数可以确定任意方向上的弹性模量和泊松比。     

雷州半岛南部玄武岩岩石物理特征

基于雷州半岛南部51件玄武岩岩心样品在饱和气、饱和水状态下的纵、横波波速和弹性模量等参数的测试结果,研究了孔隙度、孔隙类型、岩相和流体对岩石弹性力学参数的影响,分析了用于识别玄武岩岩性、流体的岩石物理参数的敏感性。研究结果表明:玄武岩中纵波波速与横波波速、密度与纵波波速具有较好的线性关系,杨氏模量与密度呈幂函数关系。孔隙度是影响岩石波速的主要因素,孔隙类型对岩石波速的影响不可忽视。岩石密度是区分玄武岩岩石亚相最敏感的岩石物理参数,利用密度与杨氏模量的交会关系可识别玄武岩的溢流相上部亚相、中部亚相和下部亚相。利用泊松比与纵波阻抗交会图、拉梅系数和剪切模量之比与纵波阻抗交会图可以区分玄武岩中的气层与水层。     

复杂构造变形地区致密岩石力学性质实验分析

在模拟地层条件下,利用“MTS 系统”,对川东北河坝构造陆相地层样品作波速及力学参数的同步测试,分层位、分岩性研究纵向上岩石力学参数的变化规律及动态、静态参数的关系。地层条件下,砂岩的抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力和内摩擦角分别为241.87 MPa,35.5 GPa,0.27,29.32 MPa 和36.1°;泥岩的抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力和内摩擦角分别为115.63 MPa,24.8 GPa,0.33,10.11 MPa 和19°;砂岩的抗张强度为自流井组>须家河组>沙溪庙组>千佛崖组,平均值分别为7.09 MPa,6.2 MPa,4.72 MPa,4.51 MPa。岩石力学参数受颗粒大小、泥质含量、胶结物性质及孔隙度大小的影响。饱水后岩样的纵波速度、弹性模量、泊松比较饱水前明显增加。随着围压的增大,岩石塑性变形的比例也增大,更多地表现出弹-塑性变形特征。     

热交变循环对水泥石动态弹性参数的影响研究

针对多级压裂过程中井底水泥环温度周期性变化的特点,对水泥石进行热交变循环实验,测量不同热循环次数条件下声波在水泥石中的纵、横波波速,并基于波速与动态弹性参数之间的关系,计算不同热循环次数下水泥石的动态弹性模量和动态泊松比,从而明确不同压裂级数条件下水泥环动态弹性参数的变化规律。试验结果表明:随着热交变循环次数的增加,水泥石的纵、横波波速先降低,后趋于稳定,而纵、横波速比呈指数增加的趋势;水泥石动态弹性模量随着热交变次数的增加先降低后稳定,动态泊松比则随着热循环次数的增加逐渐增加;相比于自然冷却条件,冷水浴冷却条件对水泥石动态弹性参数的影响更大。     

天然气饱和度对岩石弹性参数影响的数值研究

基于三维数字岩心,对岩石的弹性模量、纵横波速度、拉梅常数、泊松比等参数随不同含气饱和度变化规律进行数值研究。研究结果表明岩石的含气饱和度对横波速度影响不大,含气饱和度的增加将引起横波速度的缓慢增加。岩石的拉梅常数、泊松比、纵波速度、弹性模量和纵横波速度比随含气饱和度的增加而减小,当含气饱和度较低时,它们随含气饱和度增加急剧降低。将各弹性参数随含气饱和度的变化率进行比较,发现对天然气饱和度变化最敏感的参数是拉梅常数,其次是泊松比、体积模量和纵横波速度比等。该研究有助于选取对天然气饱和度变化敏感的参数计算储层的含气饱和度,从而提高计算精度。     

页岩力学特性的层理效应及脆性预测

为系统研究层理面对页岩力学性质的影响机理,以四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩为例,首先使用偏光显微镜及扫描电镜等对页岩岩样进行微观分析,可见页岩的层理、层间微裂缝及微孔隙等较发育,黏土矿物呈定向排列,层间胶结作用较弱;再通过岩石单轴压缩物理实验和RFPA （真实破裂过程分析）数值模拟,系统研究不同的层理角度、层理密度及层理面力学性能等对页岩单轴抗压强度、弹性模量、泊松比及脆性等参数的影响;最后,采用统计学方法提出一种基于层理密度、层理角度、单轴抗压强度及层理面力学性能等参数的页岩脆性预测新方法。结果表明：页岩的弹性模量随着层理角度的增加呈现先减小再增加之后再次减小再次增加的趋势。页岩的单轴抗压强度和脆性指数的特征曲线均近似为U型,随着层理角度的增加而先减小后增大,且在层理角度为45°左右时,两者均达到最小值,在层理角度为0°和90°附近时,两者的值均相对较大。随着层理角度的增加,页岩的泊松比整体上呈现先降低再增加而后再降低的趋势,并在30°左右出现最小值,在70°左右出现极大值。页岩的弹性模量、单轴抗压强度和脆性指数等参数总体随层理密度的增大而降低;泊松比随着层理密度的增大在不同的层理角度表现出不同的状态。不同层理角度岩石的破裂类型不同。强度参数、弹性参数、脆性及破裂模式等均表现出很强的各向异性特征。整体而言,针对页岩力学特性的层理效应研究及脆性预测,可为页岩气的合理开发及页岩气井的井壁稳定提供一定的理论参考。     

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。     

塔河油田碳酸盐岩储层声学参数特征及变化规律

以塔里木盆地塔河地区碳酸盐岩复杂介质为例,依据地层条件岩石声学参数的实验测试结果,获得下述认识:1)纵横波速度随围压的增大而增大,随温度的升高而降低;2)岩石的动弹模量随着围压的增加而增加,随着温度的增加而减小;3)纵横波的衰减随着围压的增加而减弱,随着温度的增加而增强。     

潜江凹陷潜江组盐间页岩油储层地震岩石物理特征分析

潜江凹陷潜江组页岩油因其独有的陆相盐湖沉积特征导致储层"甜点"预测困难,亟需开展基础性的岩石物理实验研究,以明确页岩油储层不同岩性、物性和地震弹性参数间的变化规律.为此,对研究区F井的47块岩心进行了岩石物理声学测试,并结合常规物性测试,系统地分析了盐间页岩油储层地震弹性性质的变化规律,研究了识别岩性的参数,确定了对有...     

CA地区低渗砂岩动静态弹性模量转换关系研究

在油气开发中,岩石动静态弹性模量转换关系的研究对于储层可压性以及压裂效果评价尤为重要。选取CA地区4口取心井23块岩样开展室内纵横波测量实验和三轴应力实验,建立了纵横波时差关系、纵波时差与体积密度关系,并在此基础上,建立了动静态弹性模量的转换关系模型。利用未参与建模的6块样品做精度对比和可靠性分析,计算的静态杨氏模量和泊松比与实验测量值都分布在对角线45°线上,静态杨氏模量计算的绝对误差平均值为0.623 GPa,泊松比计算的绝对误差平均值为0.022,说明此次实验建立的动静态弹性模量转换关系精度满足生产需要,为评价地层可压性及设计合理的压裂方案提供技术支持。     

岩性、含油气性、声波动力学特征规律的研究

在正旋回砂砾岩储层中,采集8种不同岩性的典型样品,在五种含油(气)水饱和状态下油饱和(S_o=100%)、水饱和(S_w=100%)、气饱和(S_g=100%)、束缚水(S_wi)、残余油(S_or)测试了不同有效覆盖压力(ΔP)下的纵横波速度V_p、V_s和力学参数(体积模模量K、扬氏模量E、切变模量μ、拉梅常数λ、泊松比v和密度ρ).通过分析表明:(1)弹性模量E、K、μ、λ随ΔP增加而增加,随ΔP变化在低压范围比高压范围更敏感;(2)同一油、气水饱和状态下,同一非均质单层的岩性变化范围控制了弹性模量一有效覆盖压力曲线族的宽度;(3)无论岩样的岩性、物性以及压力条件如何,弹性模量(E、K、μ、λ)和泊松比v与饱和度均呈线性关系;(4)在同一非均质单层内,岩石的模理一压力变化曲线族随着含油、气、水饱和状态的不同具有明显的分带性;(5)同一非均质单层内,岩样的动态压缩系数与静态压缩系数之间存在很好的相关关系。     

松辽盆地北部古中央隆起带基底岩石弹性参数测试及特征分析

古中央隆起带基底上覆地层缺失断陷期沉积地层,基岩暴露地表时间长,风化壳普遍发育。基底岩性复杂,主要发育花岗岩、浅变质沉积岩及浅变质火山岩3大类岩石;基底主要发育花岗岩、变质岩储层,不同类型储层的裂缝发育程度不同。钻井揭示：花岗岩的脆性大,易形成裂缝,花岗岩储层物性最好,属于孔隙—裂缝型储层;基底花岗岩风化壳储层非均质性强,储层物性较差,以裂缝为主。目前有关基底花岗岩和变质岩的岩石物理弹性参数特征的实验室研究较少。为此,采用超声频段和地震频段弹性参数测试方法,系统分析了围压及孔隙压力对岩石纵、横波速度的影响,研究了不同孔隙度和饱和状态下岩石弹性参数与微裂缝密度及孔隙纵横比的关系;应用弹性参数交会分析,明确了基底风化壳储层及裂缝敏感参数,建立了符合基底孔隙—裂缝型储层特征的岩石物理模型,获得以下成果和认识：(1)对松辽盆地北部古中央隆起带基底33块岩性样品,采用超声频段和地震频段实验测试,测得的标准铝块的超声频段纵波速度(6430 m/s)与参考值(6400 m/s)基本相同,相对误差为0.5%,精度较高。(2)随着围压增加,在水饱和和气饱和状态下纵、横波速度均增大,且横波速度变化不大。随...     

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。     

原位条件下致密储层岩体力学动静态参数校正

为更加准确测量储层岩体力学动、静态参数,归纳两者关系并探讨差异的影响因素,对岩体地下所处条件（即综合考虑围压、孔隙压力、温度和饱和流体的影响）进行了恢复,同步测量了49块不同地区储层岩样的动、静态参数。结果表明：①在原位条件下动、静态杨氏模量相关性好;②对于低渗透储层,动态杨氏模量普遍大于静态,而且随着岩样致密程度的增大差异变大;③针对不同样品,根据物性细分,各自建立动、静态参数图版,大大地提高了相关性和准确性。最后根据中国陆相松辽、鄂尔多斯两个大型盆地低渗透储层样品物性的差异,建立了原位条件下杨氏模量动、静态校正图版,为进一步建立低渗透油气藏岩体力学参数场和地应力场,优化压裂参数设计和提高施工成功率提供较可靠的资料。     

应用数字岩心和有效介质模型研究岩石弹性性质

基于三维数字岩心用有限元的方法计算了干岩样、完全饱和岩样和部分饱和岩样的弹性模量,并把数值模拟结果与理论和试验分别做了比较。结果表明,通过数值模拟得到岩石弹性模量-孔隙度关系与试验相符合,并且由数值模拟得到的流体替换对岩石弹性性质的影响与Gassmann理论相符合,数值模拟得到的部分饱和流体岩石的弹性模量与Gassmann-Wood(GW)理论也是符合的。同时把数值模拟结果与自洽理论和差分有效介质理论计算结果进行比较,发现没有一个理论计算结果能和试验结果符合,相反,数值模拟结果与试验数据基本符合。这表明了基于三维数字岩心预测岩石弹性性质的可靠性与精确性。