测井技术在皖北祁东矿岩石力学性质评价分析中的应用

岩石力学性质与测井曲线参数之间具有相关性,可利用单因素及复合因素求取岩石力学弹性参数,为矿井开采技术措施的制定提供参考。结合皖北祁东矿勘探测井曲线分别求取岩石弹性模量、泊松比以及抗拉强度,结果表明:利用测井曲线求得的岩石弹性模量和泊松比与实验室测试值具有一定的比例关系,从而实现了利用测井曲线求取岩石弹性模量和泊松比;同时,根据视电阻率测井曲线、伽马伽马测井曲线和自然伽马测井曲线与岩石抗拉强度的相关性构建复合参数,利用复合参数计算的岩石抗拉强度与实验室测试值具有高度相关性,为巷道支护及工作面回采提供了理论依据。     

用长源距声波全波列测井资料估算岩石力学参数

Schlumberger公司目前所用的由长源距声波全波列测井资料估算岩石力学参数的方法和程序中,将接收到的瑞利波当作横波处理,由于瑞利波速度V_R低于横波速度V_s,因此算出的泊松比σ及杨氏弹性模量均存在较大的系统误差。本文以中原油田Wen-33-26井的长源距声波全波列资料为例,将所测得的井下“横波”速度当作瑞利波速度处理,求得的泊松比和杨氏弹性模量值更为合理。     

超临界二氧化碳浸泡对页岩力学性质影响的实验

超临界二氧化碳在页岩油气等非常规油气藏的勘探开发中极具潜力,通过室内二氧化碳浸泡实验系统,对不同压力和温度浸泡下页岩岩心力学性质变化进行实验研究和机制阐释。结果表明:浸泡初期岩心膨胀,随后有所收缩,最后趋于平缓;浸泡后页岩弹性模量和泊松比均增大;在临界压力附近,力学性质发生急剧变化,压力继续增大,力学性质变化平缓,弹性模量和泊松比平均增幅分别为43.4%和36.6%;随着温度增加,弹性模量和泊松比逐渐增大,最大增幅分别为138.4%和24.7%。页岩力学性质变化对CO_2压力变化不敏感,而CO_2温度影响较为明显和复杂,对力学参数随温度变化给出了定量化描述,为超临界二氧化碳勘探开发页岩气在岩石力学等方面提供了一定数据支撑和理论依据。     

散体围岩力学参数位移反演优化

针对散体围岩非连续性、松散的特性以及难以获得可信度高的力学参数的问题,基于Hoek-Brown强度准则和位移反演理论,提出一种新的岩体力学参数确定方法。采用Hoek-Brown强度准则估算散体围岩强度参数(黏聚力c、内摩擦角φ和抗拉强度στ)和变形参数(弹性模量EH),将估算出的强度作为位移反演分析过程中的已知参数,基于数值计算方法,对变形参数(弹性模量反算值EB和泊松比μ)进行反演优化。将弹性模量估算值EH和弹性模量反算值EB对比分析,进而修正估算的输入参数,从而得到接近实际的岩体力学参数。研究结果表明:EH与EB相差仅为0.01 MPa,相对误差为1.75%,小于5.00%,即参数合理有效;将新方法确定的力学参数应用于数值模型进行反演正算,得到ZK34+232断面拱顶下沉值和水平收敛值的相对误差分别为1.3%和3.4%,符合检验标准,满足工程实践,说明新方法是可行的,可以用于隧道工程设计和施工。     

塔里木盆地克深前陆冲断带储层岩石力学参数研究

综合采用岩石单轴压缩试验、三轴压缩试验及测井资料计算,对塔里木盆地克深前陆冲断带单井的岩石力学参数进行分析,通过单轴-三轴校正及动态-静态校正,确定静态岩石力学参数的单井剖面,利用高斯插值对岩石力学参数空间分布特征进行研究,并分析岩石力学参数与地层深度的关系。结果表明:岩石力学参数的空间分布主要与岩相有关,并在一定程度上反映了储层物性特征,弹性模量、内聚力和抗压强度大而泊松比小的区域储层物性相对更好;随着地层深度的增加,弹性模量、内聚力和抗压强度逐渐增加而泊松比逐渐下降;利用岩石力学参数与地层深度的关系以及断层带岩石力学参数的经验比例,可以对不同地质单元的岩石力学参数进行取值,为后续的地应力场及储层裂缝数值模拟奠定基础。     

川东北嘉四—五段地层岩石力学参数不确定性研究

针对川东北油气田嘉陵江组四?五段地层普遍出现的套管变形损坏现象,有必要对该地层段岩石力学性质进行统计分析。采用随机?模糊统计法对静态岩石力学参数样本数据进行粗差分析,并基于K?S假设检验方法,研究嘉陵江组四?五段地层的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和内聚力等岩石力学参数的概率分布特征,以确定各岩石力学参数最优的概率分布形式和概率密度函数。结果表明：嘉陵江组四-五段地层的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和内聚力都具有较强的离散性,且其大样本最优概率分布形式并不一致,分别为威布尔分布、威布尔分布、对数正态分布和对数正态分布。计算得到的岩石力学参数概率分布区间,能够更为准确地描述嘉陵江组四?五段地层的力学性质,研究结果为盐膏岩地层钻井设计及井壁稳定性研究等提供了数据支持。     

裂隙围岩弹性力学参数反分析与验证

以浙江某穿山隧道为工程背景,通过二次开发,建立UCODE软件与有限元软件之间接口程序,对隧道裂隙围岩弹性力学参数—围岩弹性模量E及泊松比υ,进行反分析计算,反分析计算设置四组待定参数初始值。迭代计算结果表明,对于不同的参数初始值,反分析结果收敛于同一组解,验证了反分析算法的稳定性。通过将围岩参数反分析结果与设定值比较,其相对误差分别为2.17%和2.53%,均满足反分析精度要求。     

二氧化碳对页岩力学性质劣化规律的影响

针对目前缺少不同相态CO_2对页岩微观结构及力学参数影响规律研究的现状,通过室内岩石-压裂液浸泡测试系统,对不同相态CO_2浸泡后岩石矿物组分、微观结构及力学参数进行了测试。研究结果表明:液态、超临界态CO_2相比较滑溜水对矿物颗粒微观结构的影响更为明显,矿物颗粒之间的孔隙增大4%～15%,易导致页岩宏观力学性质受到劣化影响;不同介质浸泡后页岩力学参数劣化受影响程度排序为:抗拉强度泊松比峰值强度弹性模量,滑溜水浸泡后页岩脆性特征变化不明显,而液态、超临界态CO_2浸泡后页岩脆性增强40%～50%。液态CO_2有利于改善岩石微观孔隙和降低岩石抗拉强度,超临界态CO_2有利于提高微孔隙/裂隙穿透性,提高岩石脆性和降低破裂压力。研究结果为页岩气CO_2干法压裂工艺优化提供了一定的实验支撑和理论依据。     

页岩微观结构及力学特征变化规律研究

目前，对二氧化碳作用下页岩微观结构及岩石力学变化特征认识较少，为更清晰地认识二氧化碳对页岩微观结构及力学特性的影响，设计并开展了二氧化碳浸泡前后页岩岩石力学参数测试实验、矿物组分分析及微观结构分析。研究表明，滑溜水、超临界二氧化碳及液态二氧化碳浸泡基本不会改变页岩的矿物组成，二氧化碳浸泡会增大页岩矿物间孔隙；单轴实验条件下，随浸泡时间的增加，泊松比增大，弹性模量减小，整体上页岩表现出塑性增强特征；三轴实验条件下，随浸泡时间的增加，泊松比减小，弹性模量基本不变，整体上页岩表现出脆性增强特征，其中，二氧化碳浸泡的影响更为显著；滑溜水、超临界二氧化碳及液态二氧化碳浸泡均会降低页岩抗拉强度，滑溜水对抗拉强度的弱化程度最大，3种介质对抗压强度影响较小。     

三轴条件下不同岩性岩石动静态力学参数特征试验分析

基于室内三轴测试获得地层条件下6种岩性岩石(深层长石岩屑砂岩、硬石膏质泥岩、泥质硬石膏岩、中深层岩屑砂岩、泥页岩及煤岩)声学及力学参数数据,对岩石物性、静态力学参数及动态声学参数间关系进行了研究。结果表明：不同岩性岩石密度与动静态力学参数间关系好于孔隙度,岩石密度与Vp间相关性好于Vs;岩石密度、孔隙度或纵横波波速与杨氏模量的关系好于泊松比;动态Vp/Vs与岩石孔缝及物性具有一定相关性。所测试6种岩性岩石中,由于泥质硬石膏岩密度大且致密,其动静态杨氏模量大体相当。其它各类岩性岩石动态杨氏模量值均大于静态值,平均约大30.5%;硬石膏质泥岩、泥质硬石膏岩和中深层岩屑砂岩的动态泊松比值略大于静态值,深层长石岩屑砂岩、泥页岩及煤岩的动态泊松比值略小于静态值,但动静态泊松比绝对差值不大。     

利用岩石力学参数法识别火山岩岩性

火山岩岩性识别是岩相划分、储层综合评价与预测、井网部署、开发方案编制的基础。火山岩类型多,其岩性与岩石成分、结构、构造和成因有关,识别难度大。岩石力学参数中蕴藏着丰富的岩性表征信息,从多个方面提供了火山岩岩性识别的资料。以准噶尔盆地六九区石炭系火山岩为研究对象,在对工区内40块岩样进行岩石力学参数实验的基础上,优选出对火山岩岩性响应较为敏感的泊松比、杨氏模量、体积模量3个岩石力学参数,制作了岩性识别图版。同时,给出了利用测井资料计算泊松比、杨氏模量、体积模量的模型,进而实现了对研究区内火山岩岩性的逐点识别。识别结果表明,该法能够较准确地对火山岩岩性进行识别,识别率完全能够满足现场储层评价要求。     

鄂尔多斯盆地F区力学特征及地应力分析

地层的力学特征是井身结构设计和钻井液设计的重要基础。以鄂尔多斯盆地F区扩径较高的延长组为研究对象,通过三轴压缩实验、巴西劈裂等室内实验得到其抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角和抗张强度等静态岩石力学参数,通过声波时差、密度等计算其动态岩石力学参数,建立动态和静态岩石力学参数之间的转化关系。通过工区的压裂资料,反演出延长组的地应力分布,进而计算出地层的坍塌压力和破裂压力,建立地层的三压力剖面,为延长组的井身结构设计和钻井液的设计提供参考。     

辉绿岩单轴及常规三轴压缩下力学特性试验研究

为了分析坚硬脆性岩石在单轴及常规三轴压缩条件下的强度和变形特性,通过在TAW-2000微机控制电液伺服试验机上对辉绿岩进行单轴及常规三轴压缩试验,主要分析辉绿岩在围压为1、3、5、10 MPa时基本物理力学参数的离散程度,其弹性模量的离散程度指标值较小,在0.27%～3.49%波动,能较好地表征辉绿岩的变形特性。试验结果表明:随着围压的增大,岩石峰值应变和残余应变均表现出显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,弹性模量、变形模量和泊松比均表现出较明显的非线性增长关系,可采用幂函数形式进行拟合,但并不会随着围压的增大而无限增大,而是趋于一个稳定值,这一规律为实际工程中不同地应力条件下准确选取弹性模量、泊松比等参数提供理论基础;随着围压的增大,岩石的峰值强度和残余强度均呈现出较显著的线性增长关系,可采用一次函数形式拟合,并计算出黏聚力和内摩擦角,为岩石工程设计时强度参数的选择提供参考依据。     

基于多矿物模型分析的最优化测井解释

多矿物模型分析的最优化解释能采用多种测井信息和多种模型来研究和评价复杂油气层。与传统测井解释方法相比,它能将所有的测井信息、误差及某些地区地质经验综合成一个多维信息复合体,运用最优化的数学方法,进行多维寻优处理,来求取地层参数。将该方法应用到乌尔禾低效油田克拉玛依组复杂岩性低渗碎屑岩储层参数解释中,成功解释了该地区一百多口井的测井资料,得到了可靠的地层矿物(岩性)剖面和储层参数。与试油资料、录井资料等对比证实,该方法提供了一种比较有效的地层岩性和物性参数及流体性质的解释方法,效果较好。     

基于偶极横波资料的火山岩裂缝及油气识别

火山岩油气藏已成为重要的油气勘探目标和储量增长点。在火山岩的地层评价中,裂缝与油气识别一直是一个核心问题。针对地层矿物成分与岩性十分复杂、常规测井方法很难准确快速识别,应用声波能量衰减对于天然裂缝极为敏感特性,利用斯伦贝谢偶极横波资料可以计算纵、横波及斯通利波能量衰减的特性,实现对裂缝的有效识别。在岩性、物性等因素基本一致的条件下,利用纵、横波能量重叠、泊松比、波速比还可以较好地识别气层。克拉玛依火山岩地层的实际应用效果表明,偶极横波资料在火山岩地层评价中具有十分重要的作用,为火山岩地层裂缝与油气识别开辟了新的途径。     

新场气田须五段岩石力学参数特征及测井解释

针对川西新场气田须五段储层泥页岩与砂岩储层互层,孔隙度、渗透率较低等特点,实验室内选取须五段地层砂/泥岩样式,利用"MTS岩石物理参数测试系统",模拟实际地层条件下岩样的岩石力学特征,结合普通薄片、铸体薄片等方法对砂、泥岩分别进行岩石力学性质的研究。实验研究表明:三轴条件下,砂泥岩的应力-应变曲线有一定差异,岩石总体表现为弹-塑性变形;抗压强度与围压、杨氏模量成正相关;泥岩地层具有较大的塑性,砂岩显示相对刚性。此外,利用测井和薄片数据,区分砂/泥岩提取了须五段测井纵横波时差校对关系,拟合出弹性模量和泊松比的动静转换公式;通过岩石密度、波阻抗和泥质指数得出抗压强度计算公式,抗张强度由抗压强度拟合得出,内聚力和内摩擦角利用修正后的经验公式计算,在此基础上构建了岩石力学参数测井解释剖面。研究成果对今后该地区的页岩气储层裂缝产生原因分析及气田的压裂优化设计提供了重要依据。     

基于岩屑分形理论的岩石力学参数实时评价方法

现有的岩石力学参数获取方法依赖于钻井取心和测井资料,具有较大的时效限制。将分形几何理论应用于岩石力学参数实时预测的研究中。首先,利用完钻井深层岩心开展力学测试,建立岩石力学参数与多项测井物理量多元统计学模型。然后,开展上返岩屑颗粒的分形维数测试,并依据测井岩石力学模型计算出岩屑原位地层的岩石力学参数,将这些力学参数与岩屑分形维数建立统计学关系式。以准噶尔盆地玛湖凹陷Ma123井为例,通过测试上返岩屑的分形维数,进而实时计算出岩石的力学参数。完钻测井后基于测井反演模型绘制出该井岩石力学参数剖面。两种方法对比认为,基于岩屑分形维数计算的岩石力学参数具有较高的精度(误差小于10.9%)。同时,通过实践总结出一套基于录井岩屑分形理论的岩石力学参数的实时预测方法。该研究成果拓展了分形岩石力学的应用领域,为岩石力学参数的实时预测提供了新思路。     

乐安油田草4块Es4稠油油藏测井解释模型研究

研究区目的层段沙四段（Es₄）位处盆地边缘,地层埋藏浅（1000m左右）,储层疏松,油稠,岩石结构复杂,非均质性强、层间差异明显,测井资料解释难度较大。以取芯井分析化验、试油、试采和生产动态资料为基础,分别研究含砾砂岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、含砾泥质砂岩、泥质粉砂岩储层岩石的岩性、物性、电性及含油性之间的关系,分层段建立储层孔隙度、渗透率、含油饱和度测井解释模型。应用解释模型对研究区51口井进行了二次解释,结果表明,该解释模型具有较高的精度,为地质建模和剩余油挖潜研究提供了可靠的储层参数。     

复杂岩性模式识别中测井项目优化选择技术

在利用模式聚类判别方法建立复杂岩性集合判别函数时,需要优选出对岩性集合敏感的测井项目,以有效克服所有测井项目均参与而造成的相互掣肘、矛盾现象。依据构建集合内均匀度参数及集合间距离参数,实现复杂岩性集合判别中测井项目优化选择技术。以海拉尔盆地的4大类岩性集合(一般沉积岩、火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩、火山熔岩等)为应用实例,优选后判别符合率明显改善,说明了方法的有效性。     

鄂尔多斯气井钻井岩石力学特征描述难点及对策

鄂尔多斯探区的气井钻遇多套复杂地层,利用常规方法计算的地层坍塌压力、漏失压力、可钻性等钻井岩石力学特征参数误差较大,导致前期钻井施工中井壁垮塌与漏失严重、钻头选型效果不佳。针对鄂尔多斯气井钻井岩石力学特征描述的难点,根据工区实际情况完善了水敏性泥页岩地层坍塌压力计算方法、破碎性地层漏失压力求取方法、岩性多变地层可钻性分析方法,利用测井、钻井、地质、测试等资料描述了坍塌压力、漏失压力、可钻性的分布特征;并依据其提出了工程建议。在富县、定北工区的现场应用情况表明该方法具有较好的适用性,为优质快速钻井技术提供了准确全面的基础信息。