含水率对岩石强度及出砂影响研究

储层含水量增加,岩石的强度减小,出砂风险增大。油藏出砂将降低油气产量,损害井下装置和地面设施。针对流花油田弱胶结储层,开展储层岩石不同含水饱和度时的单轴强度实验,揭示了出水对储层出砂影响的机理,并通过经验方法对不同含水率储层的临界生产压差进行预测。结果表明:含水饱和度与岩石单轴强度呈指数递减规律。含水饱和度越高,岩样的单轴抗压强度越低。含水率对岩石强度及出砂影响程度,取决于砂岩内蒙脱石、伊蒙混层等易水化黏土矿物的含量和含水率大小。     

高含水期射孔井出砂预测模型的建立及应用

对取心井测井数据和岩心三轴试验岩石强度数据进行了分析 ,得到了油层砂岩强度与声波时差和井深的回归关系式 ,这一关系式可用于胜坨油田及其周边油区岩石强度的计算。以岩石破坏准则为基础 ,运用岩石力学理论和分析方法 ,考虑到射孔孔眼周围岩石应力场对孔道稳定性的影响 ,建立了射孔完井临界出砂预测模型。预测结果表明 ,油层砂岩岩石强度是影响油井出砂的重要因素 ;弱胶结岩石在较低的流速下会有出砂现象 ,而胶结强度高的砂岩在较高的流速下也不容易出砂。胜坨油田高含水期出砂与含水量上升有密切关系 ,这主要是因为含水量上升破坏了产层胶结结构 ,降低了岩石强度。利用孔道出砂预测模型进行计算 ,得到了预防出砂的临界生产压差和临界产量。该模型预测的结果可用于 :①判断新井投产、老井补孔等新投产层位的出砂 ,并根据预测结果确定合理的防砂措施 ,优化生产参数 ;②判断目前生产层位出砂状况 ,确定多层生产井的出砂层位 ,调整生产参数及控制地层出砂程度。对胜坨油田 3个不同区块的生产井进行了计算 ,其计算结果对该油田高含水期开发方案的设计有指导作用。目前该方法已在胜坨油田现场应用 12 2井次 ,出砂预测的准确率大于 82 %。     

高含水期射孔井出砂预测模型的建立及应用

对取心井测井数据和岩心三轴试验岩石强度数据进行了分析，得到了油层砂岩强度与声波时差和井深的回归关系式，这一关系式可用于胜坨油田及其周边油区岩石强度的计算。以岩石破坏准则为基础，运用岩石力学理论和分析方法，考虑到射孔孔眼周围岩石应力场对孔道稳定性的影响，建立了射孔完井临界出砂预测模型。预测结果表明，油层砂岩岩石强度是影响油井出砂的重要因素；弱胶结岩石在较低的流速下会有出砂现象，而胶结强度高的砂岩在较高的流速下也不容易出砂。胜坨油田高含水期出砂与含水量上升有密切关系，这主要是因为含水量上升破坏了产层胶结结构，降低了岩石强度。利用孔道出砂预测模型进行计算，得到了预防出砂的临界生产压差和临界产量。该模型预测的结果可用于：①判断新井投产、老井补孔等新投产层位的出砂，并根据预测结果确定合理的防砂措施，优化生产参数；②判断目前生产层位出砂状况，确定多层生产井的出砂层位，调整生产参数及控制地层出砂程度。对胜坨油田3个不同区块的生产井进行了计算，其计算结果对该油田高含水期开发方案的设计有指导作用。目前该方法已在胜坨油田现场应用122井次，出砂预测的准确率大于82％。     

加、卸荷条件下岩石变形及三轴强度研究

基于实际岩石工程开挖过程中存在的卸荷现象,通过大理岩、花岗岩、砂岩等常规三轴加载与固定轴向位移的三轴卸围压实验（包括加地破坏后的卸围压实验）,对常规三轴与三轴卸卸围压条件下的变形模量及强度参数（弹性模量、峰值程度、残余强度等）进行了对比分析,试验表明卸载过程变形模量及强度指标明显小于加载过程的变形与强度指标,而三轴加载到峰值破坏后的卸围压试验表明其抗剪强度内摩擦角远大于加载破坏时的内摩擦角,内聚力一般比加载条件下加载峰值内聚力及峰后残余内聚力小。     

深部砂岩力学实验及储层开采出砂影响规律

为研究深部储层砂岩在高温、高压、高应力状态下的开采出砂规律及主控因素,以克深区块为研究对象,开展了相应的岩石力学实验和数值模拟分析。实验岩心取自该区块致密砂岩储层,通过实验获得了高温高压下岩石的弹性模量、内聚力和内摩擦角等参数及其变化规律。结合实验结果和该地区地质特征,建立了深部砂岩储层直井开采热流固耦合模型,并利用有限元软件进行求解;通过分析储层Mises应力、等效塑性应变等参数变化特征,结合出砂判别标准,得到了不同开采条件下的出砂影响规律。采用正交试验设计方法进行了出砂敏感性因素分析,获得了其出砂的主控因素。研究结果表明：水平地应力的非均匀程度对储层开采出砂的影响最大,岩石胶结强度和生产压差的影响次之,地层温度变化影响相对较小。     

压力衰竭下疏松砂岩出砂临界生产压差预测方法

海上油气藏多采取衰竭式开发,开发后期储层压力衰竭导致岩石应力状况变化,致使弱胶结疏松砂岩储层严重出砂可能性增加。为了有效做好出砂预测,针对衰竭式开采弱胶结疏松砂岩油气藏,同时考虑储层压力衰竭对地应力影响,基于井壁处岩石应力状态分析,引入岩石骨架破坏Mogi-Coulomb准则,建立出砂临界生产压差CDP模型,给出一种适用于海上储层压力衰竭开采生产井全生产周期出砂预测方法,并结合油田实例,计算并绘制出F-1井全生产周期出砂临界生产压差图版。研究表明,初期出砂临界生产压差较大,随着地层压力逐渐衰减,临界生产压差逐渐降低,至临界储层压力时,由于地层出砂不能生产,需要补充地层能量或者采取防砂措施,预测结果与现场出砂情况相符合,研究成果能为易出砂井配产提供指导意义。     

中等胶结储层气井出砂临界流量实验测试技术

中等胶结砂岩气藏储层出砂危害极大,气井的出砂临界流量确定尤为重要。克服了以往确定出砂临界流量的现场试验方法成本高及理论计算精度低等不足,研制了测定气井出砂临界流量的实验装置并制定了测定气井出砂临界流量的实验方法。进行了裸眼完井条件下的室内气井出砂临界流量模拟实验,测定了不同生产压差下的气体流量及出砂量,确定了气井出砂临界流量。并利用临界流量反推地层条件下的出砂临界生产压差及产能,形成中等胶结储层气井出砂临界流量的实验测试技术,在南海某气田进行了成功应用。结果表明:该实验测试技术具有先进性和可靠性。     

东胜气田致密砂岩储层渗流机理

致密砂岩气藏渗流阻力大,废弃压力高,采收率低,含水饱和度影响显著,明确致密砂岩储层气体的渗流机理对于气藏的有效开发具有重要意义。选取东胜气田致密砂岩储层样品100余块,开展了孔渗测试及其相互关系与分布特征分析;进行了致密砂岩储层在不同含水饱和度下的气体渗流特征实验,计算了单相气体及不同含水饱和度下气体渗流的滑脱因子;测试了样品在不同驱替压力下的气水两相相对渗透率曲线。实验研究结果表明：东胜气田致密砂岩储层覆压渗透率约为常压下测得的标准渗透率的1/10,且普遍低于0.1 mD,孔隙度偏低;滑脱效应受渗透率、孔隙压力、含水饱和度影响明显;干岩心气体临界流态特征明显,小于0.1 mD岩样渗流特征曲线为线性,大于0.1 mD岩样非线性特征明显;含水饱和度对于渗流特征曲线影响显著,随着含水饱和度增加,气体渗流由气态渗流过渡到液态渗流,气相渗流滑脱效应逐渐变弱;驱替压差对残余水饱和度影响大,控制气藏生产压差,防止大压差驱动储层水,导致气井大量产水。渗流机理研究对于东胜致密砂岩含水气藏的合理、有效开发具有重要的基础理论支撑作用。     

基于灰色关联分析的出砂室内实验研究

基于物质守恒方程,设计室内填砂管实验模拟地层不同出砂情况,研究出砂对含水的影响,并利用灰色关联分析法分析出砂、含水与其他实验参数的关联程度。研究发现未出砂、出砂0.5%、出砂1%地层孔隙度随驱替分别呈下降、上升、先升后降趋势;含水饱和度随驱替迅速上升并逐渐稳定,对出砂情况变化不敏感;渗透率随出砂量增加呈上升趋势,并在整个驱替过程中保持稳定。灰色关联分析发现:含水饱和度对出砂影响最大,其次为孔隙度、目数、压差和渗透率;孔隙度对含水饱和度的影响最大,其他依次为压差、目数、渗透率、出砂量。基于灰色关联分析的结果,提出防砂控水的措施,以指导现场施工。     

水对软质砂岩加卸荷力学特性影响的试验研究

文章进行了软质砂岩在饱水和干燥条件下的单轴、三轴加载以及卸围压试验。试验结果表明岩样加卸荷力学特性受水的影响显著。饱水状态下,砂岩的加载及卸荷强度均低于干燥状态岩石的强度;无论是干燥还是饱水状态,卸荷条件下砂岩的黏聚力相对于加载条件有所提高,而内摩擦角却降低。在围压大于5 MPa时,卸荷条件下的岩样峰值强度低于加载条件下的强度;卸荷试验与加载试验相比较,处于饱水状态的岩样,其黏聚力和内摩擦角的变化幅度远大于干燥状态的岩样。     

测井资料在南堡35-2油田出砂预测中的应用

分析了渤海南堡35–2油田主力储层明化镇组的出砂机理,应用测井资料(纵波时差、横波时差、伽马和密度等)建立了黏聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比和最大水平主应力等岩石力学参数的求取方法,并在此基础上应用出砂指数法、斯伦贝谢法进行出砂预测以及临界生产压差的计算。根据出砂预测方法和临界生产压差的计算模型绘制了储层出砂指数剖面和临界生产压差剖面。计算结果表明,明化镇组储层开采过程中出砂的可能性极大,开发时应采取防砂措施。研究结果为今后该区块及附近区块油井出砂界定提供了准确的量化依据,可为油井合理工作制度的制定提供指导。     

三轴压缩下不同岩性煤岩体的强度及变形特征

煤矿井下存在多种岩性的煤岩体,其力学强度和变形特征直接影响巷道支护效果。利用CRIMS-DDL600电子万能试验机,进行了不同围压下砂岩、矸石与煤样的三轴压缩试验,采用莫尔准则诠释了不同岩性的试样破坏角大小不等,通过图形对比和现象分析,得到了围压对3种不同岩性的试样应力、应变曲线及变性特征的影响。结果表明:3种性质的试样三轴压缩过程中都经历了初始压密阶段、弹性阶段、屈服阶段与破坏阶段,且围压越大,试样初始压密阶段越长;在试验加载的围压范围内,3种性质的试样破坏形式并不相同,且3种不同岩性的试样破坏角大小相差较大,砂岩破坏角最大,煤破坏角最小,3种性质的试样其峰值强度随着围压的增大而增长;3种性质的试样符合Coulomb强度准则,依据莫尔应力圆给出3种试样内聚力和内摩擦角的大小;随着围压的增大,3种性质的试样弹性模量呈增大趋势,且围压对试样弹性模量的影响因试样类型的不同而不同。     

“胜坨油田特高含水期地层出砂规律及防砂治砂技术研究”通过鉴定

由石油大学(华东 )博士生导师李兆敏教授主持完成的“胜坨油田特高含水期地层出砂规律及防砂治砂技术研究”近日通过了由山东省科技厅组织的专家鉴定。鉴定委员会一致认为该项研究成果达到了国际先进水平。科研人员针对弱胶结砂岩高含水开发期储层易出砂并且严重影响生产的实际情况 ,对胜坨油田特高含水期地层出砂规律预测进行了研究 ,建立了球形、圆柱形两种方式的射孔孔道模型 ;应用岩石破坏准则研究了井眼围岩应力场对射孔孔道稳定性的影响 ,确定了射孔完井方式下油井出砂的临界生产压差和临界产量 ;对胜坨油田 1 9块岩样试验 ,得到了岩…     

砂岩单面吸水强度软化实验

为了更附合巷道围岩吸水的实际状态,通过对两组单面吸水后的砂岩试件进行单轴抗压强度实验,研究其随吸水时间变化的强度软化特征。结果表明:两组试件单轴压缩σ-ε曲线线形相似,属于塑性-弹性-塑性变形类型,试件抗压强度随吸水时间呈负指数衰减趋于饱水强度,强度软化系数与吸水时间呈负相关性。试件宏观破坏形式主要为楔劈型张剪破坏和拉伸破坏,而且吸水一端总是首先破坏。砂岩在单面吸水状态下,强度软化机制为黏土矿物遇水膨胀机制与微观力学机制。     

围压对锦屏深埋大理岩力学特性影响研究

岩石力学特性是正确评价工程岩体稳定性的基础.通过三轴压缩试验,研究了围压对锦屏深埋大理岩弹性模量、泊松比、临界破裂条件和剪胀角的影响规律,提出了弹塑脆性力学模型.结果表明:(1)大理岩弹性模量和泊松比均随围压呈指数增大规律,而剪胀角随围压增大呈指数减小规律;(2)岩石强度达到弹性极限后表现出近似理想塑性承载特性,当其塑性剪应变达到临界条件时产生脆性破坏,且临界塑性剪应变亦随围岩呈指数增大;(3)基于Mohr-Coulomb(M-C)强度准则的峰值强度和残余强度随围压增大而增大,当围压为73.95MPa时两者理论上相等,符合锦屏深埋大理岩脆-延转换特性.基于大理岩弹性和强度参数演变规律的全应力-应变曲线与三轴试验结果具有良好的一致性,可为类似工程岩体稳定性分析和支护结构优化设计提供依据.     

减载伸长路径下棕榈纤维加筋砂力学响应

为探究减载伸长破坏下棕榈纤维对石英砂力学性能的影响,对饱和状态下棕榈纤维加筋石英砂进行排水状态下的三轴伸长试验,分析了不同纤维长度和掺量下的应力-应变曲线,并对其初始弹性模量和割线模量进行比较。应用摩尔库伦准则分析得到剪切强度随纤维配比的变化规律。对剪切过程中的素砂和加筋砂的体积应变及孔隙比进行了比较分析。结果表明：(1)纤维加筋会增强石英砂在伸长破坏中的应力应变强度。对峰值应力和残余应力提升效果最佳的的纤维掺量和纤维长度分别为0.9%和12 mm。(2)试样的初始弹性模量和峰值割线模量均随有效围压的增大而增大,伸长试验中试样的整体刚度与有效围压呈正相关关系。纤维对石英砂剪切强度的增强效果只能在低围压状态时显现。(3)加筋砂的伸长破坏中孔隙比小于素砂,纤维的加入减小了石英砂的临界孔隙比,削弱了石英砂的剪胀性。试验结果为探究纤维加筋砂界面增强机理提供试验依据。      

温度-应力耦合作用下砂岩破坏特性试验研究

为探究一般工程温度条件下砂岩变形破坏过程及力学特征,以三峡库区白水河滑坡库岸段砂岩为研究对象,采用TOP INDUSTRIE岩石三轴试验仪,分别在不同温度(0°、20°、40°、60°)、不同围压(5MPa、10MPa、15MPa、20MPa)耦合作用下进行常规三轴压缩试验研究.结果表明:砂岩试样在不同温压作用下应力-应变关系曲线形态和趋势极为相似,变形破坏形式没有明显变化,均在达到峰值强度后快速破坏,并且以剪切破坏为主,在常温下的破坏面形态单一,随温度的升高破坏过程会更复杂;砂岩试样的弹性模量和峰值应变均伴随着围压的增大而增大,随着温度的升高而降低;粘聚力及内摩擦角随温度的升高均呈下降趋势,粘聚力的下降幅度远大于内摩擦角的降幅;温度、应力作用下的砂岩耦合效应对岩体变形破坏有重大影响,考虑砂岩温度-应力耦合作用的稳定性评价对工程设计具有重要指导意义.     

三向应力下岩石的强度和变形特性研究

为探讨岩石在三向应力作用下的强度和变形破坏规律及影响因素,采用MTS815电液伺服岩石力学试验系统,分别对砂岩和灰岩进行了三轴压缩试验。基于岩石的应力应变曲线与莫尔-库伦准则,对其残余强度、抗剪强度参数和弹性模量等力学变形特性进行了研究,并分析了孔隙率对岩石各类参数的影响。结果表明:围压对岩石的破坏特征有显著影响,岩石由低围压控制下的脆性破坏逐渐转变为高围压控制下的塑性破坏;横向应变的变化规律与侧向压力作用关系不明显,岩石在峰值应力处的横向应变几乎为定值,应力刚降至残余强度时的横向应变也近似为定值;与砂岩相比,灰岩的孔隙率较低,因而内摩擦角较大,峰值强度也越高,峰值后的残余强度降低得越明显;围压对低孔隙率岩石的弹性模量影响较小,而高孔隙率岩石的弹性模量随围压增加而增大。     

水-动力耦合作用下红砂岩动态强度及破坏机理

为探究水化学损伤下红砂岩的动态强度和破坏机理,通过自然、干燥和饱水红砂岩试样的静态单轴压缩和动态单轴冲击试验,结合岩石碎块的电镜扫描(SEM)图像,分析了不同含水状态和应变率荷载等级下岩石的强度特性,并基于损伤断裂理论分析了含水岩石微裂纹起裂和扩展机理.试验结果表明:红砂岩试样动态抗压强度随含水率的增加而降低,随应变率...     

二灰黄土力学性能试验

为了给二灰黄土在道路工程中的广泛应用提供理论参考,进行了二灰黄土三轴剪切和直接剪切试验,分析了二灰黄土的力学性能。通过三轴剪切试验测得不同围压下二灰黄土的应力-应变曲线、峰值强度、残余强度、弹性模量和抗剪强度等力学指标;通过直接剪切试验测得不同含水质量分数、不同压实度下二灰黄土的凝聚力和内摩擦角。研究结果表明:二灰黄土峰值强度、残余强度和峰值应变与围压基本上呈直线关系,其破坏过程可以用损伤的概念来解释;凝聚力和内摩擦角与压实度呈线性增长关系;凝聚力与含水质量分数呈非线性关系;内摩擦角与含水质量分数呈线性降低关系。