含杂质盐岩加载过程渗透特性及细观特征研究

利用THMC岩石试验系统与工业CT,对不同杂质含量盐岩进行加载全过程气体渗透测试及加载前与破坏后的细观扫描,探讨了围压与杂质含量对含杂质盐岩加载过程渗透特性的影响。研究表明:杂质盐岩在5 MPa围压时的渗透率整体呈增大—平缓变化特征,但高杂质下的平缓期明显滞后杂质含量低的盐岩;在10 MPa围压时的渗透率具有下降过渡点,整体表现为增大—降低—上升至平缓的变化特征;围压对加载破坏过程中的渗透性具有显著影响,含杂质盐岩在10 MPa围压下破坏过程的渗透性,均比5 MPa围压状态下低约2～3个数量级。杂质含量低于45%时,杂质含量越高,破坏过程中渗透率越低;杂质含量超过45%时,破坏过程中的渗透率较高,量值与纯盐岩相当。杂质盐岩加载前的孔隙率约为1%,渗透破坏后增大了约10倍,加载破坏后高杂质盐岩与纯盐岩的孔隙率接近,杂质含量低的盐岩的孔隙率相对较低。研究获得了不同围压和杂质含量影响下渗透性差异的裂纹分布细观特征。低围压下的杂质含量低的盐岩呈单剪切面破坏特征,纯盐岩和高杂质盐岩呈共轭双剪切面破坏特征。导致破坏过程的渗透性较高;高围压下呈横向大变形特征,其破坏特征为裂纹方向与σ1方向一致的密集型微裂纹,破坏后的渗透性较低。     

典型碳酸盐岩渗透力学行为特征及其对储、盖性质的判定

目前对碳酸盐岩的研究主要关注其油气的储集空间,针对含油气盆地中碳酸盐岩的勘探也主要是为了寻找优质的油气储集体。然而,随着油气勘探向深层更古老的地层拓展,有效的碳酸盐岩储—盖配置显得至关重要。勘探证实,深埋条件下碳酸盐岩有利相带仍然发育高孔渗的优质储集体,然而是否发育与之配置的碳酸盐岩盖层就成为了制约深层碳酸盐岩油气勘探的关键因素。首次系统全面地通过对典型碳酸盐岩开展不同温度条件下三轴应力加载全过程渗透力学试验,得出了碳酸盐岩在破坏变形过程中渗透率随温度、围压的演化过程。试验分析结果显示,典型白云岩和典型灰岩在深埋应力作用过程中渗透力学行为特征具有明显差异,白云岩更多地显示出储集性能的特征,表现为脆—塑转换临界围压较大,岩石更容易形成裂缝,渗透率随温度的增加而增大等;而灰岩则表现出盖层的属性,体现在脆—塑转换临界围压小于白云岩,岩石相对容易形成密闭,渗透率随温度的增大逐渐减小。综合分析认为,白云岩和灰岩的纵向叠置能够形成有效的油气藏储—盖组合。     

温度-应力耦合条件下膏岩渗透性试验研究

为研究深地环境下能源储库膏岩盖层气密性,利用基于四川大学MTS815岩石力学试验系统改进的THM多场耦合三轴渗流测试平台,国内首次展开不同温度、不同围压条件下膏岩加载变形破坏全过程气体渗透性试验。试验结果表明:(1)天然状态下膏岩的渗透率处于10-17～10-15 m2,属于致密低渗岩体介质。(2)相同温度下,随围压增大,膏岩破坏应力–应变曲线具有脆–延性转变特征,且膏岩峰值应力不断提高;相同围压下,随温度升高,膏岩表现出热损伤及热软化效应,峰值应力逐渐降低,塑性变形能力增强。(3)膏岩初始渗透率随围压增大而降低,呈指数型递减关系,5 MPa围压下膏岩初始渗透率为4.13×10-17 m2,15,25,35 MPa围压下初始渗透率分别降低37.23%,65.86%,75.79%。(4)不同温度–应力耦合条件下膏岩渗透性均表现出先降低后升高的演化规律,岩石整体渗透率水平随温度及围压的升高不断降低。     

含杂质盐岩三点弯曲变形破坏特征试验研究

为探究盐岩在弯曲条件下的变形破坏特征及其所受杂质含量的影响,利用四川大学MTS815岩石力学综合试验系统,对两组杂质含量不同盐岩单边直裂纹弯曲试样(SENB)进行了三点弯曲循环加卸载试验及全过程声发射同步监测。试验研究表明,含杂卤石杂质盐岩弯曲抗拉强度和弯曲弹模均高于纯盐岩,杂质盐岩抵抗裂纹扩展能力强于纯盐岩;盐岩的弯曲变形破坏可分为弹性变形的弹性阶段、塑性变形和裂纹起裂的屈服阶段、峰后裂纹稳定扩展阶段、残余阶段四个阶段;杂质对盐岩弯曲塑性变形与断裂破坏有很大影响。基于能量率的声发射特征参数能够较好反映盐岩弯曲条件下的变形破坏,与其变形破坏过程各阶段相对应,声发射具有阶段性特征,除弹性段外其他各阶段声发射均活跃;相比纯盐岩,由于杂质造成的摩擦以及杂质对塑性变形的弱化,杂质盐岩三点弯曲变形声发射更为活跃;声发射源三维定位揭示了盐岩三点弯曲下的损伤分布,其分布存在与应力状态有关的声发射空白区,其分布形态受杂质影响。     

三轴循环加卸载过程中盐岩声发射演化特征分析

为探究盐岩储气库运行过程中的声发射特征,对取自平顶山岩穴一号钻孔的盐岩进行不同围压作用下的三轴循环加卸载试验及全过程声发射监测试验。试验研究表明:围压施加过程中,声发射信号主要出现在围压施加前期,声发射振铃计数率和能量率的最大值出现在围压压力5~10 MPa的时间区段,且振铃计数率和能量率达到最大以后,声发射信号随着围压的增大逐渐减弱;围压越低,试验加载初期产生的声发射信号越强,整个试验过程中累积振铃计数越多,能量率和能量越高;围压会使试验过程中声发射信号后移,且围压越大,后移现象越明显;围压的增大会使得盐岩加载过程中的平静期缩短和后移,直至平静期的消失;考虑三轴加卸载过程,加载段有明显的声发射信号,卸载段鲜有声发射信号,偏应力峰值前有明显的Kaiser现象,峰值后伴随大量的声发射信号,但Kaiser现象消失。     

膏岩三轴压缩声发射特征及损伤演化研究

利用MTS 815岩石力学测试系统对膏岩进行不同围压下的三轴压缩试验,配合AE系统进行全过程声发射监测,展开了膏岩变形破坏过程的力学特性及声发射特征进行研究,并进一步探讨膏岩变形破坏过程损伤演化规律。试验结果表明:(1)膏岩是一种致密低渗岩石,气体孔隙度在1.30%~3.50%之间;(2)三轴加载条件下,膏岩的力学性质与声发射参数对围压的响应效果强烈,50 MPa围压较5 MPa围压下膏岩强度提高110.67%。高围压下声发射信号表现出明显的“滞后”效应,声发射集中分布区不断向后推移;(3)膏岩的临界围压为20 MPa。低围压下膏岩呈脆性破坏,破坏后形成宏观剪切面;临界围压下呈塑性破坏,破坏后形成共轭Y型剪切;高围压下呈延性破坏,破坏形态为鼓胀破坏;(4)膏岩损伤演化过程可分为初始损伤期、损伤快速发展阶期与损伤平稳期,能够与膏岩变形破坏阶段对应;损伤快速发展期为膏岩内部裂隙发展、贯通的主要阶段。