岩石力学三轴应力测试系统及其应用

三轴应力测试系统可以模拟井下状态，对岩样进行力学、声学、变形、破碎等各种应力特性进行系统的测量。本文详细介绍了该系统的组成、功能及其测量参数在油气钻井与开发工程等工业领域的应用。     

井壁岩石流动和软化特性的力学分析

应用粘弹塑性力学和岩石力学理论,详细讨论了粘弹性岩石井眼的应力和位移。推导出不同于弹塑性岩石的力学方程式。同时,将时间和概念引入到井壁稳定的力学分析中,得出在不同的时间条件下,井壁岩石的应力状态妥生转变等结论。     

油气开采中岩石力学参数变化规律试验研究

应用三轴应力试验装置,在模拟不同地层条件下的石油开采过程中,进行了大量的岩心试验,应用统计理论方法分别找出孔隙压力、含油水饱和度对岩石性质的影响规律,建立了特定地层条件下的岩石力学特性动态计算模型。结果表明,杨氏模量、抗压强度、比奥特系数与有效围压的关系均为幂律指数型;杨氏模量、抗压强度与含水饱和度的关系均为对数型。此结论为预测石油开采过程中岩石力学性质变化规律奠定了基础。     

岩石力学特性关系的探讨

收集了大量钻井岩石力学性能指标,包括岩石可钻性、压入硬度,研磨性,抗压强度,泊松比,汉透率先进１０余种。应用聚类分析,主成分分析,回归分析,关联度分析等多元统计方法及灰色系统理论方法对这些数据进行了处理。     

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组岩性对岩石力学特性的影响

以准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组储层岩石为研究对象,基于室内力学试验研究了风城组储层不同岩性岩石的力学行为,从而揭示风城组储层不同岩性岩石的力学特性。在此基础上,讨论了矿物组成对风城组储层岩石强度参数的影响。玛湖凹陷风城组储层岩石具有较强的非均质性,造成不同岩性岩石力学特性存在较明显的差异,其中云质类岩石的力学强度和弹性模量较大而泊松比较小;岩石破坏形式较单一,其中单轴条件下,岩样脆性较强,表现为拉张破坏特征,而高围压条件下,岩样脆性减弱、延性增强,主要表现为单剪切破坏特征;岩石的抗压强度、抗张强度、断裂韧性值随着硅质矿物含量的增加呈减小的趋势,而随着钙质矿物含量的增加呈增大的趋势。     

南海西部岩石力学分析系统研发

南海西部存在大量易垮塌、可钻性差的复杂地层，现有商用岩石力学分析软件针对性不强、效率较低，为保障南海西部复杂地层安全快速钻进，自主研发了中海油首个岩石力学分析系统。该系统数据可视化程度高，操作简单，具有智能化数据筛选、多井参数分析对比、关键参数可沿井眼轨迹显示等功能。系统实用性较强，可用于岩石力学参数计算、井壁稳定分析、钻进参数评估、储层防砂预测分析等。现场应用表明，该系统计算精度较高，可为钻完井设计及施工提供参考依据，并可以推广到其他油田应用。     

评价盖层有效性的岩石力学实验研究

通过三轴压缩实验模拟地层埋藏过程中盖层韧脆性转变,通过三轴卸载实验模拟地层抬升过程中泥岩破裂过程。通过70个样品的三轴压缩测试实验,拟合出硬石膏、泥岩和泥灰岩3种岩性盖层由脆性向韧性转变的临界围压分别为68.5,81.35和92.35 MPa,折合埋深分别为4029,4782和5429 m。通过对泥岩盖层的卸压实验拟合出盖层的破裂围压与主压应力的数学回归方程：y=2.9296 x+134.28(R2=0.83)。该研究结果除了进一步证实泥岩在一定埋深下仍具有良好的塑性和封闭性能以外,还提供了研究盖层韧脆性转化和抬升过程中破裂边界的定量评价参数,为定量研究盖层有效性提供了基础。     

岩石力学特性在钻井液优选中的应用

以塔里木盆地塔5地层为例,从岩石力学的角度对现用钻井液及优化后的钻井液进行了评价,通过硬度分析、强度分析和坍塌压力变化综合多项岩石力学参数对钻井液进行优选.优选出了具有良好效果的钻井液A体系,为其他同类地层的钻井液提供依据.     

泥页岩水化对岩石力学参数的影响

根据泥页岩吸水扩散系数测试方法,在模拟井下温度和压力条件下,测定了现场泥页岩岩心在不同钻井液体系中的吸水率,计算了泥页岩吸水扩散系数,并通过泥页岩水化前后岩石弹性模量、内摩擦角、粘聚力及岩石强度的变化,揭示了钻井液在泥页岩地层中的渗透运移规律,为保证现场正常钻进及井壁稳定提供了一定的理论依据。     

颗粒抗滚动作用对水合物沉积物宏观及微观力学特性的影响

因其清洁无污染且储量巨大,天然水合物被认为是21世纪重要的战略资源。为有效考虑水合物沉积物中由于不规则的颗粒形状对宏观响应产生的影响,在离散元数值模拟中引入抗滚动线性接触模型,对抗滚动系数为0、0.2、0.4、0.6、0.8以及不同饱和度(10%、20%、30%、40%)的水合物沉积物数值试样进行了20组常规三轴压缩试验,探究了抗滚动作用对水合物沉积物的宏观力学特性的影响及微观作用机理。研究结果表明:抗滚动作用可以有效提高水合物沉积物的宏观强度和剪胀程度,但是抗滚动作用对于强度和剪胀的促进作用并不会无限增大,而是存在一个临界值,大于临界值之后,抗滚动作用对宏观力学特性的影响越来越小。这是由水合物沉积物内部微观结构的演化决定的:抗滚动系数的增大,虽然配位数降低,孔隙率有所增加,但颗粒的平均接触力将会随之增大,内部形成贯穿试样的强力链,从而使沉积物体系更加稳定,而当抗滚动系数增大至特定值时,平均接触力、配位数以及孔隙率受到抗滚动作用的影响逐渐减小,从而使水合物沉积物的宏观力学特性受到抗滚动作用的影响也会越来越小。     

三塘湖盆地二叠系火成岩分布及其对烃源岩热演化的影响

通过对三塘湖盆地二叠系火成岩与烃源岩热演化关系的研究,分析了火成岩对烃源岩热演化的影响。三塘湖盆地二叠系主要发育的火成岩有玄武岩、安山岩、辉绿岩和凝灰岩等,作为喷出岩的玄武岩、安山岩、凝灰岩,对岩石有机质的热演化基本没有影响或影响很小;只有侵入的辉绿岩可以较长时间在地层中保持一定温度,影响其周围有机质的成熟演化程度。辉绿岩厚度越大,分布范围越广,对烃源岩的影响越大,估算的垂向影响范围应小于200 m。搞清辉绿岩的分布,有助于了解一定范围内烃源岩的热演化特征和生油气能力。     

地层岩石抗钻特性横向分布规律

地层岩石力学强度分析（含纵向、横向变化规律分析）是石油勘探与开发领域的重要研究方向,对于认识地下圈闭构造、掌握油气生成和运移环境、制定合理油气资源钻采方案等具有重要意义。首先,采集了中国大港油田歧口凹陷东营组、沙河街组地层共27块岩心,测定了抗压强度、可钻性级值等数据,并与对应的测井资料数据开展了相关性研究,建立了分析计算函数;其次,切分各函数不同的相关性系数作为影响权重,再复合于各因素（测井参数）独立的影响规律函数,从而建立对地层岩石强度分析、预测的多因素综合评价函数;最后,将地层岩石强度横向变化规律抽象为一个曲面拟合问题,采用三次曲面幂基函数拟合法建立了映射关系函数,从而形成一种分析地层岩石强度横向变化规律的新方法。研究成果可用于钻井设计中对指定井位、井身轨迹下的地层纵向、横向岩石力学强度及可钻性级值等的分析预测;更可为钻井工程中钻头选型与个性化设计、井壁稳定性评价等提供重要参考依据。     

低渗透气藏应力敏感性分析及对开采的影响

针对低渗透气藏压敏效应较强，随着储层压力的下降，有效应力不断变化，引起气藏产能逐渐降低的特点，通过固定围压，改变内压（四升四降内压）的方法来研究内压变化对储集层渗透率的影响，同时分析评价渗透率的应力敏感性。根据实验结果，采用数值模拟软件对苏里格气田的1口低渗气井进行研究，近似模拟考虑和不考虑应力敏感条件下生产指标的变化，以及间歇式开采和波动式开采对气井生产动态的影响，从而综合分析应力敏感现象在低渗透气藏开采过程中的影响程度，为低渗透气藏的合理开采提供参考。     

储气库井口天然气计量影响特性研究

目的获得准确的储气库井口天然气计量影响特性,评价流量计在储气库井口计量的适应性,提高储气库井口天然气计量的准确度,以优化生产运行参数、提高天然气注采率。 方法采用实验室与储气库现场相结合的实验手段,并基于大数据统计对比分析方法,建立储气库井口流量计计量性能评价方法,研究了5个流量计的计量影响特性。 结果通过对比可知:①不同类型超声流量计在不同压力条件下计量特性不同,受超声流量计探头性能的影响,有的超声流量计经低压测试后,具备代表此流量计在一定高压范围的计量性能,但在远超过检定压力范围的情况下,其计量性能将发生变化;②差压流量计在不同压力条件下计量重复性较好。 结论①靶式流量计对天然气中杂质要求较低,压损小,但误差高达40%,且故障率高;②针对相国寺储气库气质与现场工艺条件(主要是含水量少、凝析油少、节流阀无噪声干扰),经过天然气实流校准后,5个流量计的计量示值误差符合GB 50349-2015《气田集输设计规范》中“井口计量设施的允许偏差为±7.0%”的要求,J1槽道流量计、J2均速管流量计、J3超声流量计偏差满足±5%的偏差范围;③建议储气库井口流量计需经过天然气实流校准后使用,且运行工况流量应高于拐点流量,以保证现场注采气的计量准确性。      

岩石弹性变形中孔隙度变化公式及其应用

借助于Zimmerrnan提出的压缩系数及其相关关系,将孔隙度变化与压缩系数结合起来,从理论上证明了岩石在弹性变形过程中孔隙度的变化情况。孔隙度变化与否与净围压有直接关系,若净围压不变,孔隙度也不变;若净围压改变,则孔隙度也将变化;这就为孔隙度校正提供了理论依据。该公式还表明孔隙度越低,孔隙度相对变化量越大,孔隙度校正就变得越重要。此外,用孔隙度变化公式还可以计算岩石弹性可采储号和弹性采收率。     

大型地下洞库岩体力学参数取值及工程应用

节理岩体强度与力学参数可通过最新版的广义Hoek-Brown破坏准则进行估计,其预测结果能够满足工程应用。建立在现场工程岩体详细工程地质勘察基础上的Q系统法,不仅为确定岩体GSI指标提供了便利,也可用于详细设计阶段的支护设计。通过工程应用说明了采用Hoek-Brown破坏准则预测节理岩体力学参数的过程。     

煤岩储层应力敏感性及其对气井开发的影响

以沁水盆地3#煤为研究对象,对煤岩储层渗透率应力敏感性进行了实验研究,建立了以储层原地有效应力为初始点的渗透率应力敏感性评价方法。结果表明,该方法能够真实反映储层岩石应力状态,有效应力和无因次渗透率之间较好的符合二项式关系。利用扫描电镜和恒速压汞实验,分析了煤岩储层应力敏感性机理。孔隙大小和形态的改变对渗透率应力敏感影响较小,而孔喉大小和形态的改变以及微裂隙的开度决定了渗透率应力敏感程度。结合二项式方程,从理论上计算了渗透率应力敏感性对煤层气井产能的影响。计算结果表明,在气井井底附近煤岩储层中存在渗透率漏斗,距离井筒越近的储层,渗透率变化越大;在远离井筒的区域,渗透率变化较小。渗透率应力敏感性影响煤层气井产能,且初始渗透率越小,产能降低越严重。     

四川盆地涪陵地区海相页岩天然裂缝特征及对页岩气的影响

不同类型裂缝对页岩气富集和保存的影响不同,因而在页岩气储层天然裂缝研究时,需要进行分类评价和预测。利用野外露头、岩心、薄片和FMI成像测井资料,对四川盆地涪陵地区五峰组-龙马溪组海相页岩天然裂缝的成因类型、发育特征、主控因素及不同类型天然裂缝对页岩气富集与保存的影响进行了探讨。涪陵地区五峰组-龙马溪组页岩天然裂缝在地质成因上分为构造裂缝、成岩裂缝及异常高压裂缝3种类型,其中构造裂缝包括层内张开裂缝、穿层剪切裂缝及顺层剪切裂缝;成岩裂缝包括页理缝和收缩裂缝。研究区以构造裂缝和页理缝为主,构造裂缝的发育程度受构造、岩石力学层厚度及脆性矿物含量等因素的控制;页理缝主要受页理发育程度、脆性矿物含量、异常流体压力、有机质含量及其热演化程度的控制。不同成因类型的天然裂缝对页岩气影响明显不同,其中层内张开裂缝和页理缝在页岩层内发育,裂缝规模小,为页岩气富集提供良好的储集空间;穿层剪切裂缝和顺层剪切裂缝发育规模大,主要影响页岩气的保存条件;收缩裂缝和异常高压裂缝的发育程度低,有效性差,对页岩气的影响较小。     

Comparison of the structure on the nanoscale of natural oil-bearing and synthetic rock

The structures of natural oil-bearing and synthetic rock were investigated using the ultra small-angle neutron scattering (USANS) technique. The scattering data from different thickness of rock were analysed using a Fourier transform method developed to remove the effects of multiple scattering and to simulate the scattering from a thin rock sample. It was found that only the oil-bearing rock could be analysed using this method. The synthetic rock samples could not be well described by this theory and this is interpreted as due to structural variation in the samples induced by the production method. All the rock samples are found to be surface fractals. The synthetic rock is found to have a much lower fractal dimension (D_s = 2.0), indicating a smoother interface than the natural oil-bearing rock (D_s = 2.7).