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。     

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.     

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.     

超临界二氧化碳对致密砂岩力学特性影响的实验研究

超临界二氧化碳压裂改造有利于提高单井产量,但超临界二氧化碳对岩石力学特性的影响规律亟待室内实验分析。利用高温高压岩石三轴仪对致密砂岩开展超临界二氧化碳作用下岩石力学特性测试实验,研究超临界二氧化碳、水等饱和流体作用效果及超临界二氧化碳作用下不同温度、围压和孔压对致密砂岩弹性模量、抗压强度、泊松比和脆性指数的影响规律。实验结果表明:相比无孔隙流体和饱和水,饱和超临界二氧化碳时砂岩抗压强度和弹性模量明显降低;饱和超临界二氧化碳时,温度升高时致密砂岩岩样的抗压强度和杨氏模量增大、泊松比和脆性指数减小,围压增大时致密砂岩岩样的抗压强度和杨氏模量先减小后增大、泊松比先稍有增大后明显减小、脆性指数先稍有减小后大幅降低,孔压增大时致密砂岩岩样的抗压强度、杨氏模量和脆性指数减小、泊松比增大。本文研究结果对于超临界二氧化碳压裂施工参数设计具有一定指导意义。     

超临界二氧化碳压裂过程中注入压力对致密砂岩力学特征的影响

针对致密砂岩气藏采用超临界二氧化碳压裂技术开发中,未考虑二氧化碳流体对储层岩石力学影响,从而导致设计压裂施工参数与现场实际不吻合问题,取苏里格气田2 800 m左右石盒子组地层岩心,在围压38 MPa、温度85 ℃下,模拟地层条件开展超临界二氧化碳压裂致密砂岩岩石力学特征实验,测试二氧化碳注入压力从3 MPa增加到35 MPa,然后加轴向压力至岩石破坏,获得致密砂岩岩石应力—应变曲线。研究表明,随超临界二氧化碳注入压力增大,致密砂岩抗压强度、弹性模量均减小,泊松比则增加,脆性指数先略微增大而后呈减小趋势。拟合出脆性指数与二氧化碳注入压力的关系式,相关系数为0.903 6,注入压力为4.55 MPa时脆性指数极值为0.483 5。超临界二氧化碳压裂时应考虑注入压力对岩石力学参数的影响,弹性模量、泊松比、脆性指数等岩石力学参数影响致密砂岩裂缝起裂及扩展规律。     

致密碳酸盐岩石力学与声学实验研究

利用MTS公司生产的地层条件下岩石物理参数综合测试系统,对川中地区致密碳酸盐岩储层进行了模拟地层条件(包括地层围压、孔压、温度、孔隙饱和介质等)下的岩石力学与声学的同时测试,获得了该地区储层在不同条件下的弹性模量、泊松比和抗压强度等力学参数与纵、横渡等声学参数.实验结果表明:岩性与孔隙饱和介质对储层的力学性质影响较大,饱和介质为水的岩样都表现为塑性特征,而孔隙饱和介质为气的白云岩岩样表现为脆性特征,灰岩岩样表现为塑性特征.孔隙度对碳酸盐岩石力学性质无明显影响.岩石的声学特性反映,岩石产生较为发育的微小裂缝只需要抗压强度的50%～80%,进一步增加应力值则能产生沟通微小裂缝的较大裂缝.纵横波速比能够反映储层岩石骨架及流体的变化,但由于地质条件复杂,纵横波速比在识别裂缝性气藏时应该慎用.     

层理性页岩岩石力学特性数值模拟

为了探究层理性页岩在不同层理条件下的力学性质,以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,基于岩石破裂过程分析系统RFPA^2D数值模拟软件,模拟了在不同层理密度、层理角度的情况下,页岩的抗压强度、弹性模量、泊松比、抗张强度和断裂韧性的变化。随着页岩层理密度的增大,抗压强度、弹性模量、抗张强度和断裂韧性均出现不同程度减小,而泊松比呈现增大趋势;在层理密度不变的条件下,随着层理角度的增加,页岩的抗压强度、弹性模量、抗张强度和断裂韧性均呈现先减小再增大的趋势,而泊松比则先增加后减小。其中,抗压强度和弹性模量在层理角度约40°时出现最小值,抗张强度在层理角度约20°时出现最小值,断裂韧性在层理角度约30°时出现最小值。研究结果表明：层理密度、层理角度均对页岩的破坏形式和力学性质具有显著影响,且随着层理条件的改变,页岩的抗压强度、抗张强度、弹性模量和断裂韧性变化趋势相同,泊松比变化趋势则相反。     

含水饱和度对岩石力学参数影响的实验研究

利用人造岩样,对地层的弹性模量、泊松比、抗压强度等参数随含水饱和度的变化规律进行了实验研究,并摸索出了从岩样制备到实验方案确定的适合于松散砂岩力学性能测试的一整套方法。研究表明：疏松砂岩的弹性模量很小;随着含水饱和度的增大,弹性模量减小,泊松比的变化规律不太明显;随着含水量的增大,岩样的三轴强度下降,含水饱和度对弱胶结岩石强度的影响比对胶结较好的地层敏感。     

考虑钻井液浸入的砂岩井壁坍塌模型

长时间裸露在钻井液中的砂岩地层扩径严重,通过研究钻井液侵入对井周围岩弹性模量、泊松比、黏聚力及内摩擦角等力学性能的影响,开展了井周围岩坍塌压力的研究。研究了钻井液侵入后井周应力场变化规律,并在此基础上建立了考虑钻井液侵入影响的井壁坍塌模型。通过实验与模型计算可以看出,钻井液滤失,将会在地层周围形成与原地层岩石力学特性不同的侵入区。钻井液的侵入导致侵入区弹性模量、黏聚力与内摩擦角减小,而泊松比增加,随着侵入时间的增加,弹性模量、黏聚力与内摩擦角减小越多,而泊松比上升也增加;岩石力学参数的变化与侵入时间呈现线性关系;由于弹性模量、泊松比的变化,井周应力重新分布,井壁的垮塌决定于此时的井周应力与岩石强度;井眼开挖后,井壁坍塌压力往往是先减小后增大。     

Biot系数和岩石弹性模量的实验研究

对济阳坳陷古近系地层87块砂岩样品进行了模拟地层条件(温度、压力)的实验测试,结合岩心薄片分析资料,分析研究了有效压力、岩性对Biot系数和弹性模量的影响.结果表明,Biot系数随着有效压力和钙胶结物增加而减小,随着孔隙度增加而增大;体积模量随着有效压力增加而增大;建立了Biot系数模型和岩石弹性模量与孔隙度关系模型;利用该模型确定的岩石弹性模量或速度上限更接近实验测量数据,可为油田开发提供更合理的岩性模型参数.     

波河罗构造上三叠统普家村组裂缝综合评价

为了预测楚雄盆地波河罗构造油气勘探目标,对该构造上三叠统普家村组裂缝作了系统综合评价,通过野外露头样品点载荷抗张、抗压实验及三轴岩石力学参数测试表明，随着围压增加，不同岩类岩石的抗压强度值增大，抗压强度与弹性模量成正相关关系;随着岩石孔隙度增大，岩石强度降低，更易产生破裂;通过应力场模拟及曲率计算，波河罗构造上三叠统普家村组靠近断裂带及其局部高点裂缝发育，为裂缝发育区；裂缝较发育区围绕局部高点，呈窄环带状分布；其余区域为裂缝不发育区;裂缝发育及较发育区应是今后勘探的优先目标。     

岩石弹性参数对渗流测试分析的影响

岩石的动、静弹性参数在地质勘探与油气开发等多种工程技术领域均有着重要的应用意义。采用岩石物性参数自动测试系统，进行了实验测试分析，得到了不同岩石的动、静弹性模量和动、静泊松比。分析结果表明：不同岩性的岩石动、静弹性参数关系并非线性关系，其中储层砂岩的动、静弹性模量关系为幂函数曲线，砂岩的动、静泊松比关系为二次函数曲线；使用上述函数，可以由岩石动弹性模量与动泊松比计算出储层岩石静弹性模量及静泊松比，再根据弹性模量与压缩系数的关系，可准确获得储层岩石的压缩系数，从而为油气渗流测试分析提供精确的基础资料。此外，根据砂岩气藏渗流气井实测压力恢复资料，进行了实例井的试井分析，得到了砂岩气藏渗流气井压力历史拟合曲线和双对数拟合曲线。研究表明：当岩石体积模量减小（即岩石压缩系数增大）引起综合压缩系数增大20%时，得到的岩石渗透率减小24.73%，井筒存储系数增大3.7%，表皮系数减小44.92%。因此，岩石弹性参数对渗流测试分析有着较大地影响。     

新场气田致密碎屑岩气田水赋存分布规律研究

应用非稳定流理论求参的方法和思路，对新场气田蓬莱镇（J₃p）沙溪庙组（J₂s）气藏致密碎屑岩气田水的赋存与分布规律进行探索。引用美国水文地质教授Tempples从测井曲线上求参数的技术方法，系统求取了气田导水系数（T）、弹性释水系数-储水系数（S）等流体动力参数。结合沉积微相叠加圈定了沙溪庙组（J₂s）气藏产水预测区，认为新场气田沙溪庙组气藏地层水的产出，不仅受静态的地质环境制约，同时也受控于岩石颗粒骨架对上覆地层荷重的支撑强度等物性条件引起的弹性释出能力影响。指出气田沙溪庙组（J₂s）T值和S值与所获工业性天然气气流呈正相关关系。     

莺-琼盆地岩石物理特性参数研究

依据 10口井的全波测井资料 ,对莺 琼盆地的泥岩、砂岩、灰岩及含气砂岩的纵横波速度比范围值进行了统计 ,并对其纵横波时差和纵横波速度比与密度、孔隙度、流体类型的关系进行了分析 ,在此基础上总结了这些岩类的纵横波速度关系式。莺 琼盆地泥岩的纵横波时差及速度比与其压实程度有关 ;砂岩的纵横波时差随孔隙度增大、密度减小而增大 ,气层的纵横波速度比随孔隙度增大、密度减小而降低 ,水层反之 ;地层含气后 ,纵波时差增大 ,横波时差基本不变 ,纵横波速度比降低     

川东北五宝场构造沙溪庙组气藏勘探开发认识

五宝场构造地处川东构造区边缘，位于大巴山弧形褶皱带与川东弧形褶皱带交汇处。该构造在侏罗系沙溪庙组获气，开辟了川东北陆相碎屑岩油气勘探的新领域。为此，利用地震、测井、综合地质及钻井资料，对浅层沙溪庙组地质基本特征进行了研究。结果认为，以嘉祥寨砂岩底界作为划分沙溪庙组沙二段、沙一段的分界线是可行的，明确提出沙溪庙组的天然气主要来自下伏须家河组及下侏罗统的陆相生烃岩系，河道沉积是最有利于储层发育的相带；通过储层特征分析，指出沙溪庙组储集类型为裂缝-孔隙型，气藏圈闭类型为构造-岩性圈闭；还对砂体的地震响应模式进行了探讨，归纳出了（含气）砂体在地震反射剖面及速度反演剖面上的响应模式。进而提出了“滚动勘探、整体开发、分批实施、优质砂体优先”的勘探开发思路。     

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文章指出了川西南部地区侏罗系沙溪庙组储层的“裂缝性”和含气砂体的“隐蔽性”是气藏勘探两大难点；揭示了储层孔隙与砂岩组构的密切关系，孔隙更容易产生于长石含量高(大于37%）、碳酸盐胶结物含量低（小于5%）的中粒砂岩中，绿泥石—硅质—早期方解石—晚期方解石成岩相是砂岩形成较好储层的根本原因；其储层孔隙发育是产气的物质基础，若裂缝愈发育、产层段暴露越充分、单砂层愈厚，则气产量越高，射孔—加砂联作是提高气井产能的首推措施；气藏形成和高产的主要条件是足够厚的烃源岩（T₃x5）、厚度适中物性良好的砂体（厚度不小于5 m，Ф＞5%）、裂缝是高产的必备条件。根据气藏形成和高产的主要条件，提出“泥包砂”裂缝—孔隙型气藏的勘探没必要完全按似层状整装裂缝—孔隙型气藏的勘探理论和模式，可适当迈开步伐。建议在非背斜构造(如大兴西—名山单斜等)加强对沙溪庙组的预探，对区内已钻含气构造沙溪庙组下一阶段的勘探提出了建议，还认为在以须家河组（T₃x2）为钻探目的层的新区，兼探是了解沙溪庙组含油气性的重要途径。     

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。      

准噶尔盆地油气藏地震反射特征

根据准噶尔盆地60口井的DSI测井资料和150多口井的声波时差、密度测井资料,对其中的含水砂岩、含油砂岩、含气砂岩和泥岩的纵、横波速度及密度的统计分析,得出了研究区岩石弹性参数随深度变化的规律。进一步分析出准噶尔盆地含油气砂岩随深度变化的地震反射特征,同时发现了由含钙泥岩地层组合造成的AVO陷阶。对呼2井产气层做了正演模型应用分析,并用AVO技术进行了检测验证,与分析结果一致。     

纵,横波在岩石中的传播速度比及弹性模量与岩石所含流体的关系

据对准噶尔盆地西部井下岩心进行的实验室模拟测试，饱和水的岩心样品，其纵横波速度比（ｖｐ／ｖｓ）、泊松比（σ）、杨氏模量（Ｅ）、和拉梅常数（λ），均大于饱和油的岩样，而其体积模量（Ｋ）和剪切模量（μ），则小于饱和油的岩样。岩石的弹性模量还与孔隙度有关，孔隙度增大则模量降低，孔隙度减小则模量提高。当实验压力提高时，则弹性模量增大，实验压力降低时，弹性模量减小。岩石的上述特性是有规律的，这为利用地球物理勘探资料检测油、气、水在岩石中的分布，提供了依据和可能。