辽河油田小龙湾地区粗面岩油藏岩石力学特性研究

粗面岩油藏是一种特殊油气藏，已受到国内外油田的广泛关注，但目前国内对粗面岩力学特性的研究还很少。分析了粗面岩的岩性和裂缝发育情况，以岩石力学和弹性力学为理论基础，从岩石的应力-应变曲线和试验的基本原理出发，结合辽河油田小龙湾地区现场实际，通过粗面岩岩心单轴试验，得到了粗面岩的抗压强度、弹性模量、泊松比和抗拉强度等基本岩石力学参数。根据试验得到的应力-应变曲线，结合弹性力学相关理论，得出小龙湾地区粗面岩的力学特性为线弹性，并给出了其基本力学参数的取值范围。谊结果对辽河油田小龙湾地区粗面岩油气藏的压裂设计和油气田开发具有重要的指导意义和参考价值。     

水力压裂力学机理新探索

引入分形理论、岩石损伤力学和岩石断裂力学等相关领域的最新研究成果，综合采用理论分析、试验研究和数值分析等手段，主要对油气藏水压裂缝的分形特征、水力压裂裂缝起裂延伸的损伤力学模型和裂缝几何形态模拟的损伤力学模型等方面进行分析研究，力图对上述水力压裂力学机理研究中关心的问题进行深入细致地理论分析与探索，分析了相应的力学模型和计算方法，并进行了探索性的算例分析，为水力压裂力学机理的研究提供了新的方向和新的思路。     

一种基于页岩损伤规律的井壁坍塌压力确定方法

页岩的破坏有劈裂式、单剪切式、双剪切式等3种模式,而目前常用于预测井壁坍塌压力的Mohr-Coulomb准则仅适用于发生单剪切式破坏的井壁。针对该问题,首先基于最小耗散能原理和损伤力学,建立了包括页岩损伤演化方程、损伤阈值应变计算式、极限损伤变量计算式的页岩损伤力学模型;然后,以具有代表性的塔里木盆地群库恰克地区页岩地层标准岩心为研究对象,进行了常三轴抗压室内试验,并将试验得到的应力-应变曲线与理论曲线进行了对比分析,发现吻合较好;最后,将理论模型与室内试验结果相结合,研究了应变能密度与岩石破坏时应变、损伤阈值应变之间的关系曲线,并确定出维持井壁稳定的最低钻井液密度。分析认为,利用该种维持井壁稳定最低钻井液密度的确定方法,可以确定页岩地层的井壁坍塌压力。      

一种基于页岩损伤规律的井壁坍塌压力确定方法

页岩的破坏有劈裂式、单剪切式、双剪切式等3种模式,而目前常用于预测井壁坍塌压力的Mohr-Coulomb准则仅适用于发生单剪切式破坏的井壁。针对该问题,首先基于最小耗散能原理和损伤力学,建立了包括页岩损伤演化方程、损伤阈值应变计算式、极限损伤变量计算式的页岩损伤力学模型;然后,以具有代表性的塔里木盆地群库恰克地区页岩地层标准岩心为研究对象,进行了常三轴抗压室内试验,并将试验得到的应力-应变曲线与理论曲线进行了对比分析,发现吻合较好;最后,将理论模型与室内试验结果相结合,研究了应变能密度与岩石破坏时应变、损伤阈值应变之间的关系曲线,并确定出维持井壁稳定的最低钻井液密度。分析认为,利用该种维持井壁稳定最低钻井液密度的确定方法,可以确定页岩地层的井壁坍塌压力。     

水力压裂关键技术分析与研究

传统的水力压裂分析一般是基于岩石的抗拉强度、断裂力学的破坏准则或是Mohr-Coulomb准则的线弹性断裂力学理论（LEFM）,很难对大型水力压裂中观测到的多缝起裂和分支延伸等方面进行合理的解释和模拟。为此,系统分析和讨论了基于岩石断裂力学强度理论的水力压裂研究存在的问题和不足,运用分形理论、岩石损伤力学、细观岩石力学、非线性动力学和岩石断裂力学等相关领域的最新研究成果,结合水力压裂现场实践,从一个崭新的视角对水力压裂岩石破裂机理、裂缝延伸规律和裂缝真实形态描述等方面进行了分析和对比,分析了水力压裂双翼对称裂缝和多裂缝起裂延伸机理、压裂对天然裂缝系统的影响、压后产量变化特征和重复压裂作用增产机理,提出了若干新问题和新思路,为压裂优化设计的进一步改进和完善具有重要的意义。     

泥页岩井壁围岩裂缝的起裂机理

本文依据岩石力学、断裂力学等重点学科对泥页岩井壁围岩进行力学分析,结合物理模型得出泥页岩井壁围岩裂缝尖端的起裂机理,引用岩石断裂韧性参数KIC估算出泥页岩井壁围岩岩石裂缝尖端起裂临界破裂角,为解决钻井工程中遇到的井壁失稳问题提供有效帮助。     

煤储层裸眼水平分支水力裂缝起裂特征分析

基于三维弹性力学和岩石断裂力学理论,提出考虑原地应力、井眼内压引起的应力和压裂液滤失引起的应力的情况下,结合径向井裸眼水平分支井壁应力分布模型,建立岩石本体张性起裂、沿天然裂缝剪切起裂和沿天然裂缝张性起裂3种起裂模式下的起裂压力计算模型,综合预测分析煤储层中水力裂缝受发育天然裂缝干扰影响下的起裂特征。研究结果表明,水力裂缝起裂特征受水平分支方位、应力状态和天然裂缝共同作用影响,当径向井裸眼水平分支与天然裂缝相交时,水力裂缝易沿天然裂缝张性起裂。     

考虑损伤和孔隙压力的油井井壁稳定条件

将岩石视为多孔介质 ,考虑孔隙压力和井壁损伤 ,应用弹塑性理论和损伤力学 ,导出了井壁围岩的应力分布规律 ,并根据极值点失稳理论提出了井壁稳定条件。分析了临界损伤区深度和临界载荷随E/λ、内摩擦角、有效孔隙率的变化规律     

各向异性条件下岩石力学参数对井壁应力的影响

为了使井壁应力计算值更贴合井下实际工况,本文基于广义平面应变假设和连续均匀线弹性理论,建立了各项异性岩石地层的井壁应力计算模型,并使用软件Matlab编程计算不同力学参数井壁处的应力,分析不同各向异性力学参数在何种情况下可以做各向同性假设,以便更准确的确定井壁应力,使井下工作顺利开展。     

力化耦合作用下的层理性页岩气水平井井壁失稳研究

针对现有页岩气水平井井壁稳定力化耦合分析大都仅考虑水化作用对岩石强度的影响,鲜有考虑水化应力应变影响的情况,以弹性力学和岩石力学等理论为基础,同时考虑水化作用对岩石力学参数的弱化效应和附加水化应力,建立了力化耦合作用下层理性页岩气水平井井壁坍塌压力预测模型,研究了层理性页岩气水平井井壁失稳机理,分析了影响井壁稳定的因素及影响规律。研究结果表明:存在层理面时,会使坍塌压力大幅升高;沿层理面方位钻进,井壁稳定性最好;当水化时间一定时,坍塌压力随距井壁径向距离增加而降低,水化时间越长,近井壁处易坍塌区域越大;考虑水化应力影响后坍塌压力会大幅升高,在设计钻井液密度时,不能忽略水化应力的影响。研究成果丰富了页岩气水平井井壁失稳理论,对层理性页岩气水平井钻井设计具有指导作用。      

利用测井资料计算新疆迪那气田地应力

在新疆迪那气田,根据对地应力分布规律和影响它的诸多因素的分析,引用前人的研究成果,充分利用测井信息,计算了岩石的力学参数、岩石固有强度参数,确定了地应力计算模式中的各参数。测井分析地应力不仅可以方便、迅速得到沿深度连续分布的地应力剖面,而且节约了昂贵的地应力测试费用,具有明显的经济意义和实用价值。同时,利用井壁崩落法、钻井诱导缝法和DSI 快横波方位法确定了新疆迪那气田目的层的水平主应力方向。     

水力裂缝在地层界面的扩展行为

采用岩石断裂力学的方法,分析了水力裂缝与地层界面相交时水力裂缝沿其高度方向可能发生的3种扩展行为:1裂缝停止扩展;2裂缝沿地层界面转向扩展;3裂缝直接穿过地层界面进入隔层内,并给出各种行为发生的判断准则。该模型中考虑了分层地应力、分层岩石力学参数、地层界面效应、储层厚度及施工参数的影响。研究表明,对于水力裂缝与地层界面相交后停止扩展的情况,裂缝存在一个临界长度。裂缝超过临界长度后,将沿地层界面转向扩展或穿过地层界面进入隔层内。得出临界裂缝长度的计算方法。对于水力裂缝与地层界面相交后穿过地层界面进入隔层内的情况,分段计算应力强度因子并将其叠加,给出了裂缝在隔层中延伸距离的计算方法及验证实例。     

商741火成岩区构造应力场模拟及裂缝预测

构造应力场是岩石变形和断裂的直接作用因素.传统的构造应力场模拟研究,是依据少数几个井点的岩石力学试验数据,将地层粗略地看作岩石力学参数处处相同的、均一的地质体,得出的结果往往与地下地质情况相距甚远,在实际应用中的效果较差.以惠民凹陷商741火成岩区××层段为例,根据常规测井资料识别火成岩岩性并求取其岩石力学参数,采用一...     

高渗松软地层水力压裂缝宽预测新模型

对高渗透松软地层进行水力压裂施工时，由于地层胶结程度差，强度低，压裂液对弱胶结裂缝壁面的切向应力就会破坏裂缝壁面的稳定性，使附着在裂缝壁面上的砂粒由静止变为运动，并随压裂液的注入而向缝端后移，形成冲刷裂缝；同时，砂粒在水力冲刷作用下的后移有利于“端部脱砂”产生，而“端部脱砂”的形成又加剧了水力冲刷作用强度，这种相互作用控制着缝宽的大小，影响着“端部脱砂”压裂施工的成败，因而具有很强的研究价值。现有的缝宽模型都以弹性理论为基础，并没有考虑该水力冲刷现象，因而不能准确地预测缝宽，文中综合考虑岩石力学、流体力学、压裂液性质以及压裂施工等理论，对该冲刷缝形成机理进行了分析，建立了一种新的针对垂直裂缝的水力冲刷缝宽预测模型，并编制了相应的计算程序，最后根据一些实际参数对该模型进行了分析验证。     

碳酸盐岩非均质性对水力裂缝起裂影响的有限元法研究

非均质性碳酸盐岩水力裂缝起裂的研究大多应用解析方法，但该方法有一定的局限性，实际地层存在流体渗流时，还应该考虑流体和固体的耦合作用。考虑到碳酸盐岩岩石力学的非均质性、流体和碳酸盐岩固体变形的相互作用的耦合效应，建立了井筒周围应力场的分布，应用有限元方法研究了碳酸盐岩非均质性对水力裂缝起裂的影响。研究表明:碳酸盐岩储层介质弹性模量和泊松比的非均质性及碳酸盐岩储层渗透率对裂缝起裂的影响显著，而且由于非均质性的影响，裂缝的起裂点在近井筒附近的地层中存在多点起裂现象; 在有弱夹层地层中，裂缝起裂位置与夹层的位置密切相关。研究结果对于水力压裂优化设计的进一步改进和完善具有重要的意义。     

基于三维莫尔圆的裂缝有效性评价方法及应用

复杂储层裂缝评价是储层研究的重要内容。针对复杂储层现今裂缝有效性定量评价的难题,通过阵列声波测井、电成像测井提取的地应力及裂缝参数信息,采用基于临界应力断层假说的三维莫尔圆方法定量分析裂缝有效性的方法,通过井眼周围应力场分布特征,选取合理的地应力模型计算地层三维应力并根据成像测井拾取的裂缝倾角、倾向等属性。在此基础上根据岩石强度理论通过三维莫尔圆计算裂缝面上岩石正应力与切应力,求取岩石裂缝面上的摩擦系数,采用临界应力断层假说定量分析裂缝有效性特征。渤海地区JZ油田应用结果表明,通过三维莫尔圆计算的裂缝摩擦系数能够反映裂缝有效性的差异,与产能匹配较好,可以用于产能分析,是裂缝定量评价的一种有效手段。     

各向异性地层中斜井井壁失稳机理

深部层理性地层井壁稳定性必须考虑地层物理力学性质的各向异性,然而目前井壁稳定设计方面仍粗略地将其近似为各向同性体,使得预测的维持井壁稳定的坍塌压力和破裂压力不能满足安全钻井的需要。笔者在研究层理地层岩石力学特性的基础上,获得了一种考虑地层方向特性的井壁围岩应力分布公式,分析了横观各向同性地层的井壁应力分布特征,建立了新的斜井地层井壁稳定分析模型。研究结果表明,岩石的弹性模量、地应力和地层倾斜度的变化对井壁围岩的应力分布和坍塌、破裂压力均会产生影响,克服了常规各向同性井壁稳定分析模型不能准确预测层理性地层斜井井壁稳定的难题。因此在钻井施工设计当中,须根据地层特性选择合适的分析模型,以更好地指导现场实践。     

基于疲劳累积损伤理论的页岩气压裂泵注程序设计

水平井分段压裂技术是以页岩气为代表的非常规能源经济有效开发的关键技术之一。文中采用理论研究和软件数值模拟相结合的方法,将岩石疲劳累积损伤理论应用到水力压裂设计研究中,提出了以最大限度提高页岩气储层改造缝网体积为目标的水力压裂设计思想。基于Corten.Dolan等人的周期载荷疲劳累积损伤研究,建立了岩石疲劳累积损伤方程,定量研究岩石剩余强度与各影响因素间的函数关系。通过页岩气压裂设计Meyer软件和室内岩石力学实验进行了验证,对于通过泵注程序的设计来优化水力裂缝参数有重要的指导作用。