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致密储层岩石微观结构和力学性质试验分析dd-【新闻】

发布时间:2021-04-06 04:50:51 阅读: 来源:玻璃粉厂家

致密储层岩石微观结构和力学性质试验分析

岩石力学性质是指岩石在受力情况下的变形特征,其表征参数有抗压强度、杨氏模量、泊松比、弹性模量、内聚力和内摩擦系数等。在油田开发过程中,这些参数对于油气井钻探设计、储层改造措施和方案设计、井壁稳定性评价等非常重要,因此对这些参数进行测定有着极其重要的意义。本文以致密砂岩为研究对象,利用美国GCTS公司研制的RTR-1000型静(动)三轴岩石力学测试系统,对川中某气田和苏里格气田储层致密砂岩进行模拟地层条件的岩石力学性质测试。

1.测试样品和测试条件

通过铸体薄片鉴定、扫描电镜观察分析表明,研究区储集空间类型均以残余粒间孔、粒内孔溶为主,多为中-小孔,面孔率中等,连通率差,胶结物成分主要为伊利石、高岭石以及伊/蒙混层,少量环边绿泥石和自生石英。

因此所选样品,均是致密砂岩特低孔特低渗储层的代表样,实验结果对研究同类储层具有一定的指导作用。

试验中对致密砂岩储层代表样,在模拟地层条件下的岩石静力学性质进行了测试,求取弹性模量、泊松比、抗压强度、内聚力和内摩擦角等岩石力学参数,以及不同孔压下的岩石力学参数,并绘制出应力-应变曲线。

2.试验结果分析

由试验曲线可以看出,川中地区沙溪庙组砂岩的应力-应变曲线形态属于塑-弹性变形;苏里格砂岩的应力-应变曲线形态可分为3种类型:塑-弹性变形,弹性变形和弹-塑性变形,其中以第一种变形为主。应力-应变曲线开始时显示微向上凹的特征,这主要是岩石内微裂隙和孔隙应变的闭合和压缩造成,之后呈近似直线直至破坏,塑性变形阶段很小或几乎没有,屈服应力与极限强度近于重合。样品在相应地层条件下均表现为脆性。

研究区均发现随着岩石渗透率和孔隙度的增加、围压的增大,抗张、抗压强度均呈现减小的规律。通过对比发现,川中地区致密砂岩的胶结程度较苏里格低,且发育有微裂缝。在外力作用下,砂岩中发育的微裂隙极易扩展、延伸贯通,造成岩石结构强度的下降。随着孔隙度的增加,弹性模量和泊松比均呈现减小的趋势。应力-应变关系曲线为塑-弹性变形,样品在破坏前的总轴向应变不超过2%,在沙溪庙组储层条件下表现为脆性。

3.影响岩石力学性质的主要因素分析

影响岩石力学性质的因素很多,如岩石类型、围压、温度、孔隙压力和孔隙介质、应变率、应力状态等。

(1)岩石矿物成分及含量

岩石中岩石矿物成分对其力学性质具有明显的影响。就同一层位而言,岩石中岩石矿物成分含量的差别也会影响其力学参数,随着砂岩中石英含量的增加和泥质含量的减少,岩石抗压强度和杨氏模量均增加,而泊松比则显示增加的趋势。

(2)颗粒的接触关系

一般来说,点接触为不稳定接触,在外力作用下容易发生变形;而线接触、凹凸按触和缝合接触均为稳定接触,很难发生变形

(3)胶结作用

胶结物的成分是影响单元体连接强度的重要因素,一般认为硅质胶结物的连接强度最高,钙质胶结物次之,泥质胶结物最差;从含量上来说,胶结物越多,胶结程度就越高,岩石的抗拉伸和抗剪切的能力也就越大,因此也越不容易发生变形;从胶结类型看,基底胶结的胶结程度最高,孔隙胶结次之,镶嵌胶结和接触胶结最差。

(4)孔隙度

一般情况下,随着岩石孔隙度的增加,岩石抗压强度、杨氏模量和泊松比均不同程度地降低,而且当岩石为水饱和时,降低幅度明显增大。

(5)孔隙流体类型

岩石在储层条件下都不同程度地被具有不同的体积弹性模量的油、气、水所饱和,这些流体必然会参与岩石的受力与变形过程,从而对岩石的变形和力学参数产生一定的影响。特别是孔隙空间中水的存在,水对岩石(或矿物)是一种弱化作用,其影响程度主要取决于水对岩石的应力腐蚀以及对岩石组分的物理腐蚀。因此,孔隙水的存在会降低岩石的强度和杨氏模量。当含水量达到一定程度后,含水饱和度的增加对岩石力学性质就不再有明显的影响。

(6)岩石组构

岩石作为一种天然材料,其内部总是存在各种成因的薄弱面。这些薄弱面可以是先期裂缝、层面或层理面、成分界面等,它们会显著地减弱岩石抵抗外力作用的能力,即降低岩石的抗压强度和杨氏模量。

(7)层理

平行层理方向样品的抗压强度和杨氏模量大于垂直层理方向的样品,而泊松比洽好相反;同一样品在不同方向上的力学参数也存在较大差异。从岩石的微观结构方面来分析,造成岩石力学参数各向异性的主要原因,是层状沉积岩在这两个方向上结构和构造差异、矿物颗粒的取向性差异以及岩石中孔隙和裂缝的数量及分布的非均匀性。

(8)温压

随温度升高,岩石的强度和杨氏模量均降低;随围压增加,岩石强度、杨氏模量和泊松比都相应提高。

4.结论

(1)类似特低孔低渗气藏致密砂岩储集空间类型以残余粒间孔、粒内溶孔为主,多为中-小孔,发育微裂缝,面孔率中等,连通性差。胶结物多以高岭石和伊利石为主。

(2)研究区岩石在地层条件下的变形以塑-弹性变形为主;抗张及抗压强度、弹性模量和泊松比均有随着岩石渗透率、孔隙度和围压的增加而增大的趋势;砂岩中发育的微裂隙是造成岩石结构强度降低的主要原因。

(3)通过砂岩微观分析能定性判断砂岩力学性质的强弱,再和砂岩力学测试数据相结合,能全面真实地反映砂岩的力学性质,从而为石油工程设计和灾害地质预防提供可靠依据。

由于初次尝试这方面的研究,方法不够完善和成熟,但将微观结构特征分析和宏观力学测试结合起来的研究,考虑多因素影响的岩石力学性质模型的建立,将是今后的主要研究方向。

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