页岩气层岩石脆性影响因素及评价方法研究

发布时间：2019-09-28 13:31

【摘要】：页岩气作为一种新型清洁能源,其开发价值越来越引人瞩目。页岩气层致密、低孔、特低渗的特点决定了在自然状态下难以获得工业气流,必须形成稳固的长水平段井眼和采用有效的压裂增产改造措施,改变油气渗流条件,才能够实现经济有效的开发。己有研究表明,岩石脆性是页岩气层可压性及储层甜点评价的重要指标,同时与岩石可钻性、井眼稳定性息息相关,对设备效率和泥浆密度的选择也有一定的影响,因此,脆性评价引起越来越多国内外公司和相关学者的重视,对其研究也十分活跃。现有的岩石脆性评价方法有数十种,缺乏统一的标准和认识。本论文在调研现有脆性评价方法的基础上,以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,对常用的岩石脆性评价方法开展了对比分析,并探索建立了适合于龙马溪组页岩的基于岩石压缩实验的脆性评价新方法。数值实验和物理实验相结合,分析了页岩岩石脆性影响因素。分别建立了基于岩石矿物组分和基于孔隙度、密度和弹性模量等岩石物性参数的脆性矿场预测方法。研究得到以下几点认识和成果： (1)探索建立了基于压缩实验应力-应变曲线峰值点的割线模量表征岩石脆性的新方法。该方法表明峰值应变越小、峰值强度越大,则岩石脆性越强,并根据龙马溪组页岩的脆性指数值分布范围,提出了脆性分级方案。 (2)分析了岩石层理、强度参数、围压和工作液对岩石脆性的影响。岩石脆性指数随层理角度的增大,呈先减小后增大趋势,60。时岩石脆性值最小：随层理间距的增大而增大：随层理强度的增大而增大。岩石脆性指数与弹性模量之间呈正线性相关,与泊松比、峰值强度之间无明显相关性。岩石脆性指数随围压的增大而减小。工作液浸泡将不同程度降低页岩脆性指数。 (3)龙马溪组页岩矿物组分中黏土含量、石英含量和黄铁矿含量与岩石脆性指数具有较好的相关性,长石含量和碳酸盐矿物含量与岩石脆性指数相关性不好。通过多元回归建立了基于矿物组分的脆性预测方法；龙马溪组页岩岩石密度、孔隙度和弹性模量与岩石脆性指数具有较好的线性相关,通过多元回归建立了基于该三个参数的脆性预测方法。基于龙马溪组页岩测井资料,对提出的矿场预测模型进行了验证,结果表明该预测模型具有一定的实用性。本论文受到国家自然科学基金石化联合基金重点项目课题《页岩气低成本高效钻完井技术基础研究》(U1262209)和国家自然科学基金面上项目课题《硬脆性泥页岩地层井周裂缝形态调控岩石力学基础研究》(51274172)资助。
【图文】：

岩石破裂过程分析

参数（弹性模量、泊松比和峰值强度)、围压、工作液等因素对页岩脆性的影RFPA2D破裂过程分析系统与模型的建立.1 RFPA2D破裂过程分析系统物理实验是^u展岩石力学相关研究的重要手段，通过物理实验能够观测到岩石过程，开展相关研究。由于岩石的非均质性、非线性以及破坏行为不同于一般材理实验可重复性效果较差，实验结果受众多因素影响。而数值实验具有通用性灵活和可重复性等特点，，还能够得到许多常规实验室观测不到的信息，是分析相关问题的重要研究手段。本文采用RFPA2d岩石破裂过程分析系统开展数值模拟分析，如图4_1。该系统唐春安教授认为材料的细观非均质性是导致材料宏观非线性的原因，在该理论上，RFPA2D采用服从韦伯分布的离散基元来表征材料的非均质性，基于弹性力力学、有限元理论和统计损伤理论，修正后的Coubmb破坏准则对单元进行变处理，使得岩石的破坏过程的数值模拟得以实现[81-85]。

分布图,单元弹性,模量,分布图

模型尺寸设为25mmx 50mm，模型划分为120x240=28800个网格。数值模型的基元参数按照韦伯分布，当均质度为2时，其细观单元的弹性模量和单轴抗压强度分布见图4-2和图4-3，由图可知，该数值模型的非均质性较强，能够一定程度上反映页岩非均质性强的特点。1800 -1 1600 -1400 -1200 -_ 1000 -叙 800 -600 -400 -2。: ;i lllllnM..- .U I ■ ■「■ ■■■ ■ "I" ■ ■I*— "i" ■ "I■ ■ "r ■ "1' 1 I I I I IOQQOOOOOOOOOOOOOOOOOQOQOQOQOQOQOQLnOLnOL/iOL/>OLnoLnOLnOLno'=tcnmoofNrvTHU30Lncr)*3-cofor^rs弹性模量（MPa)图4-2细观单元弹性模量分布图40
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE319

【参考文献】