致密砂岩储层天然裂缝建模方法研究进展
发布时间：2021-02-02 02:53
致密砂岩储层中天然裂缝的存在极大影响储层非均质性与渗流储集空间.精准刻画三维裂缝空间展布,是目前致密砂岩储层亟待解决的问题.本文基于天然裂缝形成力学机理,将建模方法分为基于岩石破裂瞬态的有限元分析方法和基于裂缝扩展过程的离散元分析方法.其中有限元方法分为基于岩石破裂准则的建模方法,和基于能量守恒的建模方法;离散元方法分为基于多物理场真三轴实验的裂缝扩展建模方法,以及基于实时CT扫描三维岩石破裂过程的建模方法.本文结合实际工区案例系统介绍了四类方法的原理、特征及优缺点,并在最后对基于裂缝成因的天然裂缝建模方法的发展趋势进行展望.研究结果表明:基于破裂准则的建模方法适合岩石破坏形式单一,较为均质的储层,是一种能够快速判断裂缝空间展布的半定量方法.基于能量守恒的建模方法适合绝大多数裂缝系统,是一种能够针对复杂构造、强非均质储层进行三维定量建模的方法.基于多物理场真三轴实验的裂缝扩展建模方法具有还原真实裂缝形成环境的优势,是进行深层-超深层储层裂缝建模的最佳选择.基于实时CT扫描三维岩石破裂过程的建模方法具有对岩石破裂过程实时三维成像,直接构建立体模型的优势,适用于复杂岩体内部裂缝建模研究工作...
【文章来源】：地球物理学进展. 2020,35(05)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
断裂(地应力)类型(王平, 1992, 有修改)
剪裂缝为三向主应力均为挤压应力时,派生的剪切应力大于岩石抗剪强度时形成的裂缝(穆龙新等, 2009).在挤压构造背景条件下,我们主要讨论五种破裂准则,这些准则表明了当岩石发生破裂时最大主应力σ1与σ2和σ3的函数关系.使用较为普遍的Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则(Hoek, 1990),未考虑中间主应力σ2的影响,在室内实验中,通过常规三轴试验数据(σ1>σ2=σ3)进行确定;修正Wiebols-Cook准则、修正Lade准则和Drucker-Prager准则,考虑中间主应力σ2影响,通过真三轴实验(σ1>σ2>σ3)进行确定(Zoback et al., 2003; Zoback, 2010).总结了五种抗压强度破裂准则特征,考虑实际地下多轴压缩背景,分析σ2在不同破裂准则下,对岩石强度的影响.将五种破裂准则的屈服包络面投影到π平面上(图2),Mohr-Coulomb准则屈服面是一个六面锥,与三向主应力轴的截距相等,屈服面与π平面截面为六边形.Hoek-Brown准则屈服面与π平面截面同样为一个近似六边形,与Mohr-Coulomb准则屈服面不同,Hoek-Brown准则破坏椎体的侧面不是平面,图中显示的曲率较小看起来像直线.修正Lade准则是三维破裂准则,随中间主应力σ2的增加,材料强度增加,当σ2进一步增加的时候,材料强度略微下降.修正Wiebols-Cook准则是Wiebols和Cook在1968年提出的有效应变能准则,该准则涉及所有主应力.随后,Zhou在1994年提出一个类似Wiebols-Cook准则的破裂准则,是外接Drucker-Prager准则的拓展,修正Wiebols-Cook准则椎体正好与Mohr-Coulomb准则六边形外顶点重合.Drucker-Prager准则又称von Mises准则,分为外接准则和内切准则,均为通过和Mohr-Coulomb准则比较得来.内切Drucker-Prager准则圆与Mohr-Coulomb准则六边形内切,外接Drucker-Prager准则圆与Mohr-Coulomb准则六边形外切.
表2 裂缝区域指数划分等级区域表Table 2 Determination criteria of the degree of fracture development by comprehensive fracture index 等级区域 综合破裂指数 裂缝密度(条/m) 裂缝发育程度 Ⅰ区 R≥1.5 >4 发育 Ⅱ区 1.0<R≤1.5 1.5～4 一般发育 Ⅲ区 R≤1.0 <1.5 较少发育图5 研究区岩石综合破裂指数分布图(林承焰等,2019)
本文编号：3013914
【文章来源】：地球物理学进展. 2020,35(05)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
断裂(地应力)类型(王平, 1992, 有修改)
剪裂缝为三向主应力均为挤压应力时,派生的剪切应力大于岩石抗剪强度时形成的裂缝(穆龙新等, 2009).在挤压构造背景条件下,我们主要讨论五种破裂准则,这些准则表明了当岩石发生破裂时最大主应力σ1与σ2和σ3的函数关系.使用较为普遍的Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则(Hoek, 1990),未考虑中间主应力σ2的影响,在室内实验中,通过常规三轴试验数据(σ1>σ2=σ3)进行确定;修正Wiebols-Cook准则、修正Lade准则和Drucker-Prager准则,考虑中间主应力σ2影响,通过真三轴实验(σ1>σ2>σ3)进行确定(Zoback et al., 2003; Zoback, 2010).总结了五种抗压强度破裂准则特征,考虑实际地下多轴压缩背景,分析σ2在不同破裂准则下,对岩石强度的影响.将五种破裂准则的屈服包络面投影到π平面上(图2),Mohr-Coulomb准则屈服面是一个六面锥,与三向主应力轴的截距相等,屈服面与π平面截面为六边形.Hoek-Brown准则屈服面与π平面截面同样为一个近似六边形,与Mohr-Coulomb准则屈服面不同,Hoek-Brown准则破坏椎体的侧面不是平面,图中显示的曲率较小看起来像直线.修正Lade准则是三维破裂准则,随中间主应力σ2的增加,材料强度增加,当σ2进一步增加的时候,材料强度略微下降.修正Wiebols-Cook准则是Wiebols和Cook在1968年提出的有效应变能准则,该准则涉及所有主应力.随后,Zhou在1994年提出一个类似Wiebols-Cook准则的破裂准则,是外接Drucker-Prager准则的拓展,修正Wiebols-Cook准则椎体正好与Mohr-Coulomb准则六边形外顶点重合.Drucker-Prager准则又称von Mises准则,分为外接准则和内切准则,均为通过和Mohr-Coulomb准则比较得来.内切Drucker-Prager准则圆与Mohr-Coulomb准则六边形内切,外接Drucker-Prager准则圆与Mohr-Coulomb准则六边形外切.
表2 裂缝区域指数划分等级区域表Table 2 Determination criteria of the degree of fracture development by comprehensive fracture index 等级区域 综合破裂指数 裂缝密度(条/m) 裂缝发育程度 Ⅰ区 R≥1.5 >4 发育 Ⅱ区 1.0<R≤1.5 1.5～4 一般发育 Ⅲ区 R≤1.0 <1.5 较少发育图5 研究区岩石综合破裂指数分布图(林承焰等,2019)
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