岩性、孔隙及其流体变化对岩石弹性性质的影响

根据Gassmann方程推导出了流体模量与含流体岩石体积模量之间的关系。该关系反映出在流体置换过程中,流体模量及岩性变化等因素对含流体岩石弹性性质的影响。通过理论计算与分析表明,流体变化对刚性较强的(硬)岩石影响较小,而对刚性较小的(软)岩石影响较大。岩石孔隙度越低,含流体岩石体积模量对流体变化愈敏感。即地震波的纵波速度随孔隙度增大而减小。岩石孔隙度及流体模量较小时,纵波速度对流体变化比较敏感。通过对实际岩石样品进行流体驱替实验,发现实验结果与理论分析相一致。     

孔隙流体的声学性质

为了研究孔隙流体的声学性质,建立了3种流体性质的数学模型,分析了流体声学性质(速度、密度、体积模量)与地下岩石孔隙温度和压力的关系,同时还给出了两种流体混合状态下声学性质数学模型。为了验证模型的可靠性,将天然气的实测数据与数学模型计算结果进行了对比。结果表明,模型计算结果与实测数据吻合较好,误差为0.2%～2%,能满足实际生产的需要。     

岩石裂隙对岩石的弹性性质及速度—孔隙率关系的影响

多数沉积岩有细长孔隙和裂隙，根据Berryman散射模型方法，采用椭球状孔隙模拟岩石裂隙，通过改变椭球状孔隙的纵横比，可以模拟裂隙的形状。结合Gassmann方程和Walsh公式研究孔隙纵横比对岩石的弹性性质、纵横波速度、流体替换的影响。计算结果表明，对于具有相同矿物成分和孔隙率的岩石，由于裂隙的形状(椭球状孔隙的纵横比)不同，岩石体积模量、孔隙弹性模量、纵横波速度、泊松比都有明显的不同。随着孔隙纵横比的增大，体积模量、孔隙弹性模量呈近似线性增大，泊松比呈非线性减小，纵横波速度增大，流体对岩石物性的影响(流体替换)也减小；反之亦然。     

裂缝对致密碎屑岩储层弹性影响的数值分析

有效预测裂缝发育区是寻找致密气甜点区的关键,但目前海陆过渡相致密碎屑岩储层裂缝预测的效果较差。利用DEM理论模型获得岩石孔隙纵横比α及干岩石体积模量,探讨裂缝对致密碎屑岩地层岩石弹性的影响及不同尺度裂缝间的关联性。利用模型确定的α可以较好地识别出裂纹发育段,随着孔隙纵横比由1.0转变为0.01,地层岩石体积模量和剪切模量也逐渐降低,表明裂纹相比孔隙而言更容易引起岩石弹性发生改变。地层岩石由干岩石到饱和地层流体过程中,裂缝不发育地层的体积模量增加幅度为3.1%;对于裂缝发育地层段,孔隙度小于4.7%时其体积模量的增加幅度平均为7.0%,孔隙度大于4.7%时其体积模量增加幅度平均为23.0%,拐点处所对应岩石孔隙度可作为岩石内部裂纹发育程度的评价指标。对于裂缝不发育段地层,干岩石体积模量与剪切模量的比值和孔隙度具有较好的正相关性;对于裂缝发育段地层,干岩石体积模量与剪切模量的比值和孔隙度具有较好的负相关性。研究结果表明,利用岩石弹性性质可以定量表征碎屑岩地层裂缝的发育特征。      

裂缝系统形态变化与其对裂缝储层中流体流动的影响

本文的研究使用了四个地区储层模拟裂缝系统（节理和断层）的高质量数据组，这些储层包括炭岩（爱尔兰）、砂岩（挪威和沙特阿拉伯）和白垩（丹麦）。结合文献中的现有资料，可使用这些数据组来评价储层中裂缝系统的主要控制因素和标度特征。我们已发现岩性分层非常重要，并且识别了两端员裂缝系统。在“层控”系统中，裂缝限制在单层，大小也有一定标度，而且间距有规律。在“非层控”系统中，裂缝的大小变化很大（常表现为幂定律），空间上呈聚群分布和垂向延伸。自然中存在在这些裂缝系统的变异形式和组合特征。这些端员系统对流体流 动有明显不同的影响，包括控制流动的裂缝标度和有代表性的单元体积，同时对合适的模拟方法也有影响。     

裂缝对岩石纵、横波参数影响的实验研究

对裂缝模块纵、横波参数与裂缝角度和宽度之间的变化规律进行了实验研究。结果表明随裂缝角度的变化，低角度裂缝主要影响纵波波速和横波幅度衰减，高角度裂缝主要影响横波波速和纵波幅度衰减，横波波速由于双折射，在两个方向出现了不同的变化；而随裂缝宽度的增加，纵、横波幅度有所下降，横波在裂缝性岩石中传播时显示了较强的各向异性。     

流体性质对岩石地震波速度的影响

地震响应的变化源于地下地层结构和岩石弹性性质的变化。对岩石弹性性质的影响因素很多,也很复杂,主要有压力、温度、孔隙度及孔隙形态、流体类型及其饱和度等。根据Biot-Gassmann和Kuster-Toksz理论模型,分析了不同孔隙度下流体性质及其饱和度对岩石弹性性质的影响,讨论了两种理论模型计算结果的差异。认为流体对岩石地震波速度的影响主要与孔隙度大小和孔隙形状有关,纵波阻抗对储层中流体变化最敏感,横波阻抗对流体变化不敏感,通过纵横波阻抗联合应用可以提高对储层流体变化的识别精度。     

裂缝参数对纵波能量衰减影响的物理模型研究

基于Hudson理论制作了具有不同裂缝密度、不同裂缝张开度和不同裂缝延伸度的三组物理模型,使用超声波透射法采集了三组模型的纵波振幅数据。文中对比、分析了实验结果与Hudson理论结果,并利用频谱比法计算了三组模型的品质因子,通过分析纵波振幅和品质因子的变化判断不同模型的衰减特性,得出以下认识:①随着裂缝密度的增大,总体上实测纵波振幅呈幅度很小的下降趋势,并显示出较强的振幅方位各向异性,且实验结果与Hudson理论结果类似,因此应用Hudson理论研究裂缝密度较准确。②随着裂缝延伸度的增大,总体上实测纵波振幅呈现增大趋势,且在X和Z方向振幅变化趋势基本相同;而Hudson理论结果的纵波振幅呈幅度很小的单调下降趋势,Hudson理论结果与实验结果的差异说明Hudson理论对于裂缝延伸度的预测存在问题。③随着裂缝张开度的增大,实测纵波振幅变化明显,实测结果的纵波振幅变化幅度远大于Hud-son理论结果,说明Hudson理论公式低估了裂缝张开度对地震波能量的影响。④速度各向异性和衰减各向异性随不同裂缝参数的变化趋势相同,其中裂缝张开度对各向异性的影响最为明显,衰减各向异性的数值要比速度各向异性的数值大一个数量级以上,表明衰减各向异性对裂缝参数的变化更加敏感。     

复杂碳酸盐岩储层流体性质识别新技术

常规测井在识别复杂碳酸盐岩储层流体性质如高阻(低矿化度)水层、低阻油气层方面一直是难以解决的问题。随着成像测井技术的发展,目前偶极子横波成像测井(DSI)可以获得可靠的纵波、横波时差和纵波能量等地层信息。当地层含气饱和度增大时,纵波时差增大,横波时差保持不变,纵横波速度比和泊松比减小,纵波能量及孔隙流体体积模量减小。通过计算干岩石骨架和湿岩石的纵波时差、横波时差,与测量值相比较,如果储层完全为气所饱和,则纵波时差曲线值与测井曲线值有差异;如果储层完全为液体(水或油)所饱和,则湿时差曲线与测井曲线基本重合。利用上述技术方法识别复杂碳酸盐岩储层的流体性质,较常规测井有了显著的进步,准确性更高。近年来在四川复杂裂缝—孔隙型碳酸盐岩储层的研究实践证实,上述流体性质识别新技术是可行的,较其它测井方法具有无可比拟的优势。     

孔隙流体地震特性的计算

孔隙流体对岩石地震特性的影响为采油地震监测的物理基础,搞清地层条件下孔隙流体地震特性的变化规律对提高地震监测的精度具有重要的意义。在收集、分析前人研究结果的基础上,本文导出了当地层压力从高于饱和压力降低到低于饱和压力时,从原油中所脱出的游离气的体积百分含量计算式,并计算和分析了不同温度压力下原油、油气混合物以及地层水的地震特性,给出了一些新的认识。     

探测井附近裂缝及其中流体性质的实验初探

在进行碳酸盐岩地层声波全波测井模型实验中,在井中接收到的声波全波列上折射纵波和折射横波之间观测到了来自模型外侧的较强反射波。     

天然裂缝开启前后的煤层压裂液滤失计算

建立了天然裂缝开启前、后的煤层压裂液滤失数学模型，给出了模型的解析解，并进行了计算分析，对于煤层压裂设计分析具有一定的实用意义。     

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本文应用流体力学、渗流力学、输砂力学和流体热力学等理论,通过分析混砂液在裂缝中的流动运移规律,建立了预测水力压裂造缝大小的数值模型及方法和液体渗滤模型,建立了一套压裂裂缝中的速度场、压力场和温度场(包括井筒温度场)以及混砂液在裂缝中运移分布的数值计算模型和方法,并通过实例计算验证其实用性。     

裂缝各向异性介质中纵波速度的变化及其对共中心点道集叠加的影响

在各向同性介质中引入裂缝张量因子，可以建立不同裂缝分布模式的地质模型。利用波动方程计算裂缝各向异性介质中沿不同方向传播的纵波速度，进而建立不同裂缝分布模型的地震响应，并探讨裂缝引起的共中心点道集动校正剩余时差以及带来的沿偏移距叠加和沿方位叠加的影响。结果表明，不同的裂缝分布模式对地震响应的影响是不同的，并且是不容忽视的。     

苦苈胶压裂液研究：冻胶性质

比较了苦苈胶、瓜尔胶压裂液的交联特性和黏弹性.苦苈胶可以作为油田水基压裂液的增稠剂,与硼砂和有机硼交联时,冻胶黏度随胶粉浓度的增加而增加;相同浓度下剪切30min,苦苈胶冻胶黏度略高于瓜尔胶冻胶,耐剪切性较好.在能形成冻胶的pH值范围内,冻胶黏度随pH值的增加而增加;当pH值从8.78增至10.24时,苦苈胶冻胶黏度由85.46mPa·s增至167.25mPa·s.金属离子价态越高,对冻胶黏度的影响越大;金属离子浓度越高,冻胶黏度越小.离子浓度相同时,苦苈胶冻胶黏度高于瓜尔胶冻胶.当钙离子浓度从0增加到4g/L时,苦苈胶冻胶黏度由400 mPa·s降至250 mPa·s,降幅达37.5％,特级瓜尔胶和二级瓜尔胶冻胶黏度分别降低45.8％和63.9％.加入三价铁离子,无法成胶.黏弹性测试结果表明,苦苈胶冻胶的储能模量和耗能模量均高于瓜尔胶冻胶,黏弹性较好.图4表1参7     

纳米孔缝下压裂液对页岩中甲烷运移的影响

压裂体积改造以及页岩自身性质都会产生大量纳米级微孔缝,通过模拟计算、实验数据并结合现场数据研究水滞留在页岩中对甲烷解吸运移的影响,通过经验公式计算得出,纳米环境下甲烷以间隙填充和水合溶解方式与水形成水溶气。分子动力学模拟显示水在纳米环境中分子有序度增加,链间氢键力减少,流动阻力小,扩散系数比宏观环境增大2个数量级;纳米通道内水中溶入甲烷后,扩散系数比单纯纳米环境中水大2个数量级,链间氢键力更小,流动几乎无阻力。页岩的毛细渗透可以使水进入纳米孔缝,吸附在页岩表面无法返排,造成返排率低。水进入页岩中竞争吸附置换甲烷,减少甲烷吸附量,有利于产能,但在低含水饱和度环境下,甲烷在水中溶解会造成一定永久残留,预吸水活性炭吸附解吸实验数据显示,当水量与孔容体积相当时,与干活性炭比较,甲烷吸附量减少60%,而溶解等综合因素无法解吸的甲烷残留最高为13.5%,几乎无自由水返出,综合结果水的存在正向贡献大。      

CTAB国产清洁压裂液压裂效果评价

CTAB型清洁压裂液残渣含量低、添加剂少、易返排,不需要交联剂和破胶剂,降低了残渣对支撑裂缝及裂缝附近地层的伤害,从而使中浅层压裂后能够大幅度提高产能。通过介绍清洁压裂液的增粘、破胶机理及其特征和对三口井的现场试验分析,阐明了CTAB国产清洁压裂液对提高低渗透层压后产能的意义。     

泡沫压裂液在三维缝中流动数值模拟

在分析泡沫压裂液流动特性以及流体重力、地应力梯度、地应力差等因素对裂缝延伸综合影响的基础上,建立了泡沫压裂液在缝中流动的裂缝三维延伸数学模型和泡沫压裂液的温度、压力、流量及泡沫质量分布数学模型,并给出了计算方法．计算表明,所提出的求解方法能较好地模拟泡沫液在缝中的流动,可用于现场泡沫压裂施工设计。     

胶结型天然裂缝对水力压裂裂缝延伸规律的影响

为确定致密砂岩储集层中天然裂缝在水力压裂裂缝网络形成中的作用,采用渗流-应力-损伤耦合方法建立数值模型,并运用Monte-Carlo模拟方法,在数值模型中生成裂隙网络模型,研究天然裂缝方向、天然裂缝强度、水平主应力差、压裂液注入速率以及压裂液黏度对水力压裂裂缝延伸规律的影响。结果表明,天然裂缝与最大水平主应力夹角为30°~60°时,形成的水力压裂裂缝最为复杂。天然裂缝强度增大不利于分支裂缝和转向裂缝的产生,低水平主应力差条件下,天然裂缝展布方向主导水力压裂裂缝的延伸;在高水平主应力差条件下,应力主导裂缝网络的延伸;当水平主应力差为3.0~4.5 MPa时,水力压裂裂缝复杂程度最高,延伸范围最大。增大压裂液注入速率,会促进复杂水力压裂裂缝网络的形成;适当提高压裂液黏度,可以促进裂缝的扩展,但是当黏度过高时,裂缝仅在射孔周围有限范围内形成复杂裂缝网络。