砾岩油藏岩石力学特征及其对压裂改造的影响

砾岩油藏常利用压裂改造提高产能,而油藏岩石力学性质是压裂改造设计的基础.因此,以砾岩储层岩石为研究对象,采用物理实验和数值模拟相结合的方法,研究了玛湖凹陷砾岩油藏的岩石力学特征及其对压裂改造的影响.结果 表明:砾石压入硬度与岩性有关,高强度、较大尺寸的砾石能有效抑制裂缝穿透砾石,强化砾岩整体的抗拉强度;储层强水平应力差是实现压裂裂缝横向延伸的助力因素,从提高油井产能角度来看,对于物性较好的储层,应以扩大改造规模、实现压裂裂缝横向延伸为目的 ,而对于物性较差的储层,应以形成复杂的缝网结构为目的 ,在弱水平应力差的砾岩储层进行压裂改造.研究结果对于认识砾岩地层裂缝扩展机理、细分压裂改造措施具有重要的意义.     

基于接触理论研究裂缝性储层应力敏感性

较强的应力敏感性是裂缝性储层的重要特征之一,并直接关系到裂缝性储层开采方案的制定.基于Brown ＆ Scholz粗糙面接触理论,从细观上建立了裂缝面弹塑性接触模型,并依据此模型进行了裂缝应力敏感性分析.结果表明,裂缝的开度或渗透率越大,则相应储层的应力敏感性愈强.该模型的建立对裂缝性储层开采方案的合理制定具有一定的指导意义.     

富有机质页岩水化特征的试验研究

为揭示富有机质页岩水化损伤机理,以长宁地区龙马溪组页岩为研究对象,借助于XRD衍射、自吸、浸泡、水化应力、水化应变等一系列物理试验,对其水化特征进行了研究。实验结果表明:富有机质页岩以黏土矿物和石英为主,黏土矿物中伊利石和伊蒙混层为主要成分,无蒙脱石;自吸水过程中会发生水化作用,且黏土矿物含量越高,自吸水量越大,水化反应越易发生;水化作用前期较剧烈,后期逐渐趋于稳定;水化过程中可观察到裂纹的萌生、扩展和汇合现象,进一步演化为宏观贯穿裂纹。黏土矿物中伊利石的线性水化应力稍小于蒙脱石,但水化应变却远小于蒙脱石。不同黏土矿物、混层矿物的水化不均匀导致富有机质页岩发生水化损伤现象。     

南海某油井地应力剖面的测井构建研究

地应力计算分析是并壁稳定性评价、油气并出砂预测、套管损坏变形分析、射孔设计优化以及压裂施工设计的前提与基础。海上油气并的垂向应力，由海水压力、未测并段岩层压力以及已测并段岩层压力三部分引起。在分析密度随深度变化趋势的基础上，确定了未测井段岩层压力；依据压裂曲线，利用破裂压力孔隙弹性计算模型，计算得到了在两个水平主应力方向的弹性应变量；并基于地应力的组合弹性经验关系模型，利用测并数据计算并构建了南海某油井的地应力剖面，为该并开发过程的出砂预测、套管损坏变形分析以及射孔设计优化等提供了依据。     

页岩卸荷能量演化特征试验研究

隧道、硐室和矿井等地下空间,应力卸荷是导致岩体破坏的主要原因之一。因此,为研究卸荷条件下的岩石破坏行为,以页岩为研究对象,开展恒定轴压卸围压三轴压缩试验。基于能量耗散与释放原理,分析试验不同阶段能量演化规律及临界围压对试样吸收的总能量和耗散能的影响,探讨卸荷条件下岩石破坏条件。研究结果表明,卸荷试验能量变化主要分为能量聚集阶段、能量耗散阶段和能量释放3个阶段:(1)外力对试样做的功主要以弹性能形式存在;(2)外力所做的功主要耗散于微裂纹形成、扩展,岩石强度降低,此阶段耗散能迅速增加而弹性能基本保持不变;(3)当岩石强度降低到一定程度时,弹性能瞬间释放,岩石破坏。     

低渗气藏压裂井动态产能预测模型研究

根据气井压后气体渗流规律的变化特征,基于稳定流理论,考虑地层条件下气体的PVT参数随压力的变化而变化,再结合气藏的物质平衡方程,推导、建立了考虑非线性渗流特征影响的低渗气藏无限导流垂直裂缝井产能动态预测模型,并分析了非线性渗流特征影响因素和生产因素对气井产量变化规律的影响。研究结果表明：启动压力梯度和渗透率变形系数越大,气井稳产年限下降幅度越大,开采年限越长,地层压力下降速度越慢,其中渗透率变形系数的影响更大;滑脱因子越大,气井稳产年限增加幅度越大,开采年限越短,地层压力下降速度越快;采气速度越大,气井稳产年限下降幅度越大,开采年限越短,地层压力下降速度越快;井底压力变化对气井产量影响较小。     

孔洞结构对超声波衰减特性的影响研究

 碳酸盐岩地层孔洞形状多样、孔洞空间尺度多变、分布复杂,以首波触发机制记录的波速,反映的是沿着波阻抗最大路径传播的声波速度,不能有效反映岩石中的孔洞结构特征。基于波动理论和有限差分方法,实现超声波透射数值模拟实验,研究孔洞形状、尺寸、分布、密度对声波衰减系数的影响。结果表明：(1) 孔洞形状、尺寸、分布、密度对衰减系数均有影响,其中孔洞密度对衰减系数的影响最大,孔洞尺寸次之,孔洞形状和分布对衰减系数的影响较小;(2) 垂直于传播方向的孔洞尺寸和平行于传播方向上的孔洞尺寸均对衰减系数有影响,相对而言垂直于传播方向上孔洞尺寸对衰减系数的影响更显著;(3) 对一定频率的振源,存在一个临界孔洞尺寸,当孔洞的尺寸大于该临界值时,不能应用衰减系数反映孔隙尺寸的变化;(4) 衰减系数与孔洞尺寸、不同孔洞形状的孔隙度之间均表现为幂函数关系,且相关性较好。     

硬脆性泥页岩井壁稳定渗流-力化耦合研究

硬脆性泥页岩发育弱面结构且具有水化特性,易造成钻井过程中井壁失稳问题。在室内定量分析了钻井液对岩石弱面强度、基体强度、孔隙空间的影响程度。基于实验结果,利用线弹性理论和单一弱面准则,建立了考虑弱面结构、水化和渗流作用的渗流-力化耦合井壁稳定模型。实例计算表明：弱面结构的存在使得坍塌压力上升;弱面结构产状变化,造成坍塌压力分布复杂,不再存在单调变化的井斜方位;渗流应力变化对钻井初期坍塌压力影响较小,但在后期影响明显。该模型能准确地计算硬脆性泥页岩地层坍塌压力,对钻井工程有一定指导意义。     

石英吸附甲烷的蒙特卡罗研究

利用巨正则蒙特卡罗模拟方法对甲烷在石英中吸附行为进行了研究,并讨论了不同孔径、不同温度、不同含水量和不同组成对甲烷在石英中吸附行为的影响。研究结果表明：甲烷超额吸附量随着压力的增大而先上升后下降,且随着孔径增大逐渐减小;甲烷与石英相互作用能随着压力增大或孔径减小而减小,说明甲烷在孔中吸附逐渐由能量较高的吸附位向能量较低的吸附位转移;随着温度升高,甲烷等量吸附热减小,甲烷在孔中吸附逐渐由能量较低的吸附位向能量较高的吸附位转移,造成甲烷在石英孔中吸附能力降低,导致甲烷吸附量减小;水分子在孔中以定向方式占据着石英孔壁面,且受到范德华力和静电能共同作用在孔中以堆积形式存在;随着含水量增加,甲烷分子在孔中吸附位并没有随着发生变化,即水分子只占据甲烷分子吸附空间,造成甲烷吸附量减小;气体与石英间相互作用能量大小顺序为氮气>甲烷>二氧化碳,则石英上吸附能力大小的顺序为二氧化碳>甲烷>氮气;多组分竞争吸附中,甲烷在气相中摩尔分数降低、甲烷分子吸附位变化以及甲烷吸附空间减小,综合作用导致了甲烷吸附量减小。     

煤层气井割理煤岩井壁稳定性影响因素分析

针对煤储层强度低、割理又发育、钻井过程中井壁失稳严重的现象,采用现场取样统计分析、扫描电镜等试验方法,研究了该区煤岩宏微观结构及力学强度参数、变形破坏特征,并利用通用离散元数值模拟软件在充分反映煤岩割理结构基础上分析煤层气井井壁稳定性的影响因素。研究结果表明:该区煤岩割理发育,面割理和端割理近似垂直且多以网状和树枝状分布;煤岩力学参数离散性强,在单轴和三轴条件下煤岩应力应变曲线类似,都经历压密、弹性、屈服、脆性破坏4个阶段;在不考虑渗流作用时,井周最大剪切应力和剪切位移随井底压力变化规律一致,都呈先减小后增大趋势。井径越大,井周发生剪切位移越大,越容易失稳;井径一定时,割理密度越大,煤层井周块体越容易发生剪切滑落,井眼越不稳定,实现煤层气井安全、高效钻井。