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探究延安气田储层岩石力学特征

2020-02-13 452 上传者：管理员

摘要：通过三轴力学实验测试研究区域储层，得出表征岩石力学特征的基本参数，杨氏模量、泊松比和三轴抗压强度，分别为36.47GPa、0.17、471.61MPa。通过岩石动态损伤模拟实验，结果表明，在低加载速率或准静态下，通常情况下岩石不会形成多裂缝破裂，岩石破裂压力随加载速率的增加而增强，压裂形成的裂缝具有相对复杂的裂缝特征。

关键词：
加载速率
岩石力学
破裂压力
裂缝特征
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杨氏模量、泊松比和三轴抗压强度是表征岩石力学特征的基本参数，同时也是石油工程设计的基础，本文应用三轴力学实验测试直观得到延安地区气田岩石力学基本参数，利用岩石动态损伤模拟实验，模拟油井高能气体压裂等强动载条件对油气水井附近地层的处理。

1、实验的原理与参数

三轴力学实验测试原理:通过测定规则形状的岩石试件在围压作用下纵向和横向的变形量，从而求得岩石的弹性模量、泊松比以及岩石三轴抗压强度。本文采用等侧压三轴压缩试验(σ1＞σ2=σ3)，根据岩性及深度，加载围压。岩石动态损伤模拟实验原理为:用一重物自由落体运动撞击岩心夹持器的内活动柱塞，活动柱塞压缩模拟井眼内的流体，产生动态冲击压强作用于岩心模拟井眼壁面，以模拟油井高能气体压裂等强动载条件对油气水井附近地层的处理。岩石动态损伤模拟实验装置由冲击形成机构、岩心夹持器、泵压系统以及控制与测量系统、配套的辅助设备五个部分组成。

在岩石动态冲击损伤测试中，共完成了两块岩样的冲击损伤测试，两块岩样的实验参数为:岩样1与岩样2尺寸:岩石直径均为79mm，试样高度均为45.5mm，岩石试样中孔半径均为6mm;加载条件:岩样1与岩样2围压均为30MPa，上流压力均为15MPa，重物质量均为70kg，岩样1重物高度为0.5m，岩样2重物高度为1.25m。岩样1与岩样2平均弹性模量均为41.5GPa，平均泊松比均为0.185，平均单轴抗拉强度均为7.5MPa，平均抗压强度(围压35MPa)均为465MPa，实验条件下准静态水力破裂压力均为67MPa，岩样1渗透率为0.25mD，岩样2渗透率为0.33mD，岩样1孔隙度为5.56%，岩样2孔隙度为6.88%。

2、实验结果及分析

通过岩石力学测试，可得到研究区域储层杨氏模量为36.47GPa，泊松比为0.17，岩石三轴抗压强度为471.61MPa。岩样1加载破岩后得出的压力－时间曲线如图1所示，横坐标为加载时间，纵坐标为加载压力。

从图1曲线可看出，岩样1的压力加载曲线随时间呈明显的四个阶段，AB段为加压阶段:压力达到B点时实验岩样破裂，即78.6MPa;BC段为初始卸压阶段;CD段为继续加压阶段;DE段为中孔卸压阶段:此时压力降为最低。加载速率为74.8MPa/ms时样品1岩心开裂(破裂压力为78.6MPa)形成2条垂直裂缝(裂缝贯穿整块岩心)，由此，可得在准静态或低加载速率下，岩石一般难以形成多裂缝破从图2曲线可看出，测试岩样2的压力加载曲线随时间也呈四个阶段:AB段为加压阶段:压力达到B点时实验岩样破裂，即89.5MPa;BC段为初始卸压阶段;CD段为继续加压阶段;DE段为中孔卸压阶段:此时压力降为最低。加载速率为109.6MPa/ms时样品2岩心开裂(破裂压力为89.5MPa)形成4条垂直裂缝(裂缝贯穿整块岩心)，岩心劈为4块，并在岩心壁附近发生局部破碎。结果表明，随着加载速率的增加，岩石破裂压力会更高，压裂形成的裂缝具有相对复杂的裂缝特征。

3、结束语

①本文应用岩石力学三轴应力试验，得到研究区域储层杨氏模量为36.47GPa，泊松比为0.17，岩石三轴抗压强度为471.61MPa。②加载速率为74.8MPa/ms时岩心开裂形成2条垂直裂缝。在准静态或低加载速率下，岩石一般难以形成多裂缝破裂，且起裂压力随加载速率增加而提高。③加载速率为109.6MPa/ms时岩心开裂形成4条垂直裂缝，岩心劈为4块，并在岩心壁附近发生局部破碎。随着加载速率的增加，岩石破裂压力会更高，此时形成的裂缝具有相对复杂的裂缝特征。

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