3D打印技术在岩石物理中的实验设计

3D打印技术作为一种新兴技术,具有显著制造特点及优势,已成为制造业关注焦点,正逐步应用到岩石物理实验领域,助力油气地球物理勘探。为培养学生从理论到应用的工程实践能力,扩展学生油气地球物理勘探知识,基于3D打印技术创新了一种利用人工岩石研究物性和弹性参数关系的实验方法。学生通过三维数字化建模及操作3D打印机生成实物模型样品,利用超声测量技术研究样品物性和弹性参数间的关系,加强岩石物理实验对地震定量解释作用的理解。该实验设计深化了学生对3D打印技术的认识和理解,激发了学生主动学习兴趣、培养了实践创新思维、扩展了从理论到实践思维的广度和深度。     

基于孔隙介质理论的地震反射特征分析

在地层中传播的地震波特征受到岩性、孔隙结构、含流体性质等因素的复杂改造作用,孔隙介质理论可以更有效地模拟和分析储层的地震反射特征。将实际介质等效为固体基质和孔隙流体组成孔隙介质,按岩石物理建模方法,建立含流体储层弹性参数与物性参数之间的定量关系,根据孔隙介质的Zoeppritz方程详细讨论了几个典型储层物性参数变化对反射波AVO特征的影响,并将其与按球面波理论正演模拟计算的归一化振幅的AVO特征进行对比分析,发现孔隙介质理论的反射系数与归一化振幅更为接近,尤其是在入射角较小时。泥质含量和孔隙度可导致储层AVO类型发生变化,而孔隙流体性质变化引起AVO截距发生变化,但AVO类型基本不变。孔隙流体性质对AVO特征的影响相较于泥质含量和孔隙度要小得多。本文的方法为利用地震数据进行流体识别提供了更为可靠的理论依据。     

河南省区域重磁物性特征研究

岩石物性是联系地质与地球物理场的桥梁,在对区域重磁异常进行研究中必不可少地要了解区域重磁物性特征.按不同地层和不同岩石对河南省物性标本的密度参数和磁性参数进行统计整理,总结出全省重磁物性综合特征及其与重磁异常的关系,对河南省区域重磁异常的定性解释具有一定的参考意义.     

胜坨油田特高含水期储层岩石物理相研究

应用沉积岩石微相与成岩储集相叠加法对胜坨油田沙二段1^4，2^3小层进行了岩石物理相分类及储集层综合评价，并研究了储层孔隙网络非均质性，岩石物理相带对剩余油的控制作用。研究结果表明，1^4小层岩石物理相可划分为6类；2^3小层可划分为5类。各类岩石物理相之间的储集性能有明显差异。对特高含水期不同岩石物理相带的剩余油分布的分析表明，1^4小层的第4类和2^3小层的第3类岩石物理相带的剩余油饱和度最高，说明在相同成因的储集层中，中等物性的岩古物理相带的非均质现象较严重，其剩余油较富集，因而在此相带布井采油，油井含水率比同期老井降低13.1%，这进一步说明用岩石物理相来预测特高含水期的剩余油分布是可行的。     

圆锥齿切削破岩的切削力估算

通过分析现有切削破岩峰值切削力计算公式和实验数据,进一步明确了切削力与岩石性质及切削厚度之间的关系,得到形式简单、适用性广、误差低的切削力估算公式.分析多组独立的、分别改变切削厚度和岩样进行实验得到的实验结果,并结合现有切削力计算理论拟合实验数据.结果发现:峰值切削力与切削厚度的幂次方成正比,幂指数在1.1~1.5,切削力与岩石的单轴抗压强度的关系最为密切.将研究得到的关系转化为数学计算公式,并通过实验对其进行验证,结果证实它比现有的计算公式精度更高,与实验值更吻合.     

测井地质学方法在储层岩石物理分析中的应用

以ＵＮＩＸ操作系统和ＯＳＰ／Ｍｏｔｉｆ图形界面系统为环境，在图形工作站上开发出了储层岩石物理分析系统（ＲＰＳ１．０，１９９４）．综合利用测井、地质、生产测试等资料，以测井地质学、储层地质学、地质统计学和油藏物理学的理论为基础，经过一系列的数据处理得到三维空间的储层岩石物理数据体，进而对这些数据进行评价。总结出储层岩石物理模型，为提高勘探成功率和改善油田开发效果提供依据，并为同类储层岩石物理的研究提供对比标准和研究指南。该系统已在胜利、江苏、辽河等多个油田投入使用，取得了较好的应用效果。     

地层条件下油气储集岩多参数同时测试技术

油气储层的物性参数是油气地球物理（特别是勘探地球物理）的重要基础资料。油气储层深埋地下，只有在地层条件下测试获得的物性参数才能代表油气储层的真实性质。不同物性参数之间有一定的内在联系，只有在相同地层条件下，同时测试这些物性参数才能准确地研究它们之间的内在关系。“岩石物性参数自动测试系统”就是国际上第一台能够在地层条件下（温度：常温～２００°Ｃ；围压：１～１４０ＭＰａ；孔隙压力：０～７０ＭＰａ；轴压：０～１０００ｋＮ）同时动态地测试油气储层的岩石力学参数（静态杨氏模量、泊松比、抗压强度等），储层物性参数（孔隙度、渗透率）和声波速度（Ｐ波和Ｓ１，Ｓ２波，并由此得出动态弹性参数、杨氏模量、泊松比、拉梅常数、体积模量、剪切模量）等的大型仪器设备。该设备由岩石力学测试系统、超声波测试系统和孔隙体积变化及渗透率测试系统组成。     

测井地质学方法在储层岩石物理分析中的应用

以ＵＮＩＸ操作系统和ＯＳＦ／Ｍｏｔｉｆ图形界面系统为环境，在图形工作站上开发出了储层岩石物理分析系统。综合利用测井、地质、生产测试等资料，以测井地质学、储层地质学、地质统计学和油藏物理学的理论为基础，经地一系列的数据处理得到三维空间的储层岩石物理数据体，进而对这些数据进行评价。     

用模糊聚类方法划分岩石物理相

分析了划分岩石物理相的方法，论述了模糊聚类划分方法。模糊聚类划分方法能较好地反映储层储集性能的成因特征。以枣南油田为例，选取反映储层成因的沉积和成岩作用参数，将工区储层岩石物理相划分为5类。研究结果表明，随着储层岩石物理相级别的升高，储层成因参数及统计物性特征明显变好，储层产液能力也明显增强。该研究结果对油田的勘探和调整挖潜具有一定的意义。     

鄂尔多斯盆地上古生界储层物性影响因素

鄂尔多斯盆地上古生界储层为砂岩储层，属低孔、低渗致密储层，孔隙度、渗透率关系较差。根据岩石薄片鉴定资料分析，影响物性参数的因素有：岩石类型、粒度大小、孔隙类型、泥质含量。研究结果表明相同粒度的石英砂岩的物性好于岩屑砂岩，岩石类型由砾岩——粗粒——中粒——细粒砂岩变化时，物性参数相应变小。岩石的孔隙类型为粒间孔、晶间孔时，物性参数较高，其次为溶蚀孔，以微孔为主的岩石物性最差。岩石中泥质含量低于15％时，岩石物性参数较好，泥质含量大于15％时岩石物性较差。     

关于岩石的动静态侵入断裂

对岩石、玻璃和陶瓷等脆性材料的动静态侵入断裂实验及理论研究现状进行了总结和评述。以实验结果为依据,描述了岩石在动静态侵入载荷作用下所产生的裂纹类型及其形成与扩展过程;讨论了用半经验,半理论方法建立的裂纹长度与侵入载荷(或压头冲击速度)之间的关系。最后指出了上述研究结果在岩石力学参数测定及凿岩机具设计与研制中的一些应用。     

岩石裂纹亚临界扩展实验与压剪流变断裂模型

采用双扭试件的常位移松弛法对金川三矿区的大理岩、二辉橄榄岩和混合岩进行双扭试验,获得其裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系及岩石断裂韧度,确定岩石亚临界门槛值K0。结合岩石压剪断裂理论和岩石亚临界裂纹扩展试验,建立压剪岩石裂纹翼形流变断裂扩展理论模型,提出翼形裂纹最终扩展长度由瞬时扩展长度和流变扩展长度组成。采用ANSYS断裂力学模块实现翼形裂纹尖端关键点随翼形裂纹扩展的自动生成,建立翼形裂纹流变扩展的数值分析模型。研究结果表明:采用常位移松弛法所测岩石的lg KI-lg v关系有很好的线性规律,3种岩石的K0/KIC在0.6~0.9之间;通过对算例进行理论分析和数值模拟,发现翼形裂纹流变断裂理论模型与数值分析结果很吻合。提出的岩石裂纹流变断裂理论为研究岩石裂纹流变扩展细观机理及岩体工程流变破坏的宏观机制提供了一个新的研究手段。     

胜坨油田特高含水期储层岩石物理相研究

应用沉积岩石微相与成岩储集相叠加法对胜坨油田沙二段 14,2 3 小层进行了岩石物理相分类及储集层综合评价 ,并研究了储层孔隙网络非均质性、岩石物理相带对剩余油的控制作用。研究结果表明 ,14小层岩石物理相可划分为 6类 ;2 3 小层可划分为 5类。各类岩石物理相之间的储集性能有明显差别。对特高含水期不同岩石物理相带的剩余油分布的分析表明 ,14小层的第 4类和 2 3 小层的第 3类岩石物理相带的剩余油饱和度最高 ,说明在相同成因的储集层中 ,中等物性的岩石物理相带的非均质现象较严重 ,其剩余油较富集 ,因而在此相带布井采油 ,油井含水率比同期老井降低 13.1% ,这进一步说明用岩石物理相来预测特高含水期的剩余油分布是可行的。     

用模糊聚类方法划分岩石物理相

分析了划分岩石物理相的方法 ,论述了模糊聚类划分方法。模糊聚类划分方法能较好地反映储层储集性能的成因特征。以枣南油田为例 ,选取反映储层成因的沉积和成岩作用参数 ,将工区储层岩石物理相划分为 5类。研究结果表明 ,随着储层岩石物理相级别的升高 ,储层成因参数及统计物性特征明显变好 ,储层产液能力也明显增强。该研究结果对油田的勘探和调整挖潜具有一定的意义     

考虑岩石破裂后变形特性的巷道围岩特征曲线

给出了岩石破坏后侧向应变与纵向应变之比与围压之间的定量相关关系，并利用霍克－布朗（Ｈｏｃｋ－Ｂｒｏｗｎ）的节理岩体经验强度准则，推导出了考虑岩石破坏后变形特性的巷道围岩特征曲线方程，并给出了一个工程算例。结果表明，理论结果与实测结果比较吻合。     

一种计算岩石基质压缩系数的方法

建立储层物性、含流体性与弹性参数之间的关系是储层预测与烃类检测的基础。在利用Biot-Gassmann方程研究含不同流体岩石弹性性质时,岩石基质压缩系数的快速、准确求取非常关键。基于一个合理的假设,利用Biot-Gassmann方程推导出了一种计算岩石基质压缩系数的方法,并用干燥、水饱和并且取芯来自同一砂岩层的致密砂岩的高、低频实验数据对本方法的正确性进行验证。结果表明,岩石具有一致的岩石基质压缩系数,该方法有效可靠。受岩石微观孔隙结构和亲水矿物的影响,在不同频率或饱和流体状态下求取的岩石基质压缩系数存在较小差异,在应用过程中需对频率和孔隙流体的影响进行适当考虑。     

岩石脆性破裂断口的分形特征

系统总结了岩石脆性破裂断口分维的计算方法及其局限性，指出岩石脆性破裂断口的分形研究应在宏观和微观层次上进行，同时应注意考察断口分维参数的物理意义，断口结构特征是岩石动态破坏过程的静态反映，蕴含着岩石断裂机制的各种信息，分维可作为断口定量描述的参数。     

流纹岩类火山岩储层物性特征研究

火山岩油气藏储层岩石类型特殊、孔隙结构复杂,在开发过程中其储层物性将会对采出程度产生一定的影响,利用火山岩气田升深2-1井的流纹岩岩心、测井资料,通过对流纹岩岩石物性参数随净上覆岩层压力变化的实验研究,对实验结果进行处理分析,得出了一些有益的结论:该流纹岩岩石孔隙度随净上覆岩层压力呈多项式(三项式)函数变化关系、渗透率与净上覆岩层压力之间的关系满足幂指数关系、储层岩石的压缩系数与净上覆岩层压力之间的关系满足指数关系、岩石密度和孔隙度之间具有很好的线性关系。从而更进一步认识了该流纹岩储层的物性特征,为该特殊岩石气藏的合理开发提供了有利的基础资料。     

川西须二段岩石力学及动静参数转换模型研究

岩石力学参数是制定钻井、完井及油气藏开发方案的重要依据。选取川西须二段地层95块岩心,利用"MTS岩石物理测试系统"在模拟实际地层条件下测试岩心的岩石力学特征。研究表明岩石力学参数(抗张强度、抗压强度、弹性模量、内聚力、内摩擦角等)与各基础参数(密度、声波等)之间的相关性较好,实际应用中可根据资料选用相应统计关系式进行岩石力学参数的预测和计算。结合测井资料表明,动态弹性参数普遍大于静态弹性参数,且关系密切,动静态杨氏模量之间具有较好的线性关系,动静态泊松比之间的关系则非常复杂,其余弹性参数可利用它们之间的相互关系转换得到。通过对国内外的动静弹性参数转换模型调研,结合岩心刻度测井建立了适合川西须二段地层的岩石动静态弹性参数转换模型,为设计合理的钻探开发方案提供了一定的理论基础。     

岩石连续损伤统计本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论 ,以Drucker Prager破坏准则为统计分布变量 ,建立了理论的岩石损伤变量演化方程和三轴条件下岩石损伤弹性统计本构模型。利用任意条件下的三轴试验数据 ,用曲线拟合法和极值法求解了所建模型的参数 ,并用试验结果对所建模型进行了验证。模型计算结果与试验结果吻合较好 ,这说明用Drucker Prager准则为统计分布变量建立的损伤模型能够较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征 ,表征岩石材料在弹性阶段的本构关系。