流体饱和下高孔隙率储油砂岩力学特性及本构模型

通过对其力学实验结果的分析,以两种破坏理论对油及水饱和下大孔隙率储油砂岩的破坏特征进行了解释,并应用塑性力学的盖帽模型建立了油及水饱和下大孔隙率储油砂岩的本构模型,并应用非线性有限元法进行了数值试验,结果表明,该文提出的模型与实验资料吻合良好,且能较好地模拟大孔隙率砂岩的几种破坏机理及模拟注水采油引起的砂岩附加沉降.

高孔隙率砂岩涌水渗流场特征与注浆治理

将孔隙率引入到多孔介质达西渗流理论中的连续性方程及动量守恒方程,建立均质高孔隙率砂岩非稳定达西渗流数学模型,同时结合实际工程中的水文地质条件,采用数值模拟的方法研究了不同注浆压力下渗流场演化规律及涌水区域水流速度变化。计算结果表明:随着注浆压力的提高,浆液不断驱替砂岩中的孔隙水,有效封堵过水通道;不同注浆压力下巷道涌水区域水流速度变化显著:注浆过程中水流速度降低接近于零,注浆结束后水流速度上升最终达到稳定状态。针对地下工程中高孔隙率砂岩的涌水治理提出了"深部封堵水源、浅层注浆加固"治理原则,通过现场试验,取得了良好治理效果。

高孔隙度砂岩断裂带内部结构及侧向封闭能力主控因素

根据野外露头和岩心观察,应用高压低速环形剪切装置,开展不同因素下高孔隙度砂岩断裂带环形剪切变形物理模拟实验,结合微观变形特征,明确影响断层侧向封闭能力的主控因素。结果表明:高孔隙性砂岩主要发生碎裂作用,形成典型的碎裂型变形带,与母岩相比,断裂带颗粒粒径明显降低;断裂带渗透率相较于母岩的明显降低,最大可降低2~3个数量级;其他条件不变,随剪切位移增加,初期断裂带渗透性明显降低,当达到一定位移条件时,断裂带渗透性逐渐平稳,甚至不再变化;断面正应力和泥质质量分数与断裂带渗透性呈负相关关系。泥质质量分数、断面正应力和剪切位移共同决定同层砂岩对接型断层的侧向封闭能力。该结果为明确断裂带渗透性变化规律与评价同层砂岩对接型断层侧向封闭能力提供支撑。

高孔隙性砂岩中变形带类型、特征及成因机制

为了探索断裂对高孔隙性储层改造作用,在部分渤海湾盆地钻井取芯资料及结合国内外相关研究的基础上,对高孔隙砂岩变形机制、发育的亚地震构造及其特征进行了系统分析.认为高孔隙性砂岩变形有别于低-非孔隙性岩石,不是由破裂作用产生裂缝,而是由于颗粒流作用、碎裂作用和碎裂流作用形成与裂缝相对应的另一种类型亚地震构造,而岩石变形产生的亚地震构造对储层具有反向改造作用.高孔隙性砂岩变形形成的亚地震构造为物性较母岩明显降低的变形带.研究结果表明:变形带孔隙度比母岩低10%~25%,渗透率比母岩低1~7个数量级,变形带包括解聚带、碎裂带、压溶胶结碎裂带和硅酸盐带4种类型,渗透率具有依次降低趋势.高孔隙性储层变形产生变形带,因变形带物性低,造成储层物性整体变低,低-非孔隙性储层变形产生裂缝,提高储层物性.

高孔隙性砂岩内变形带特征及对流体流动的影响——以柴达木盆地西缘油砂山背斜为例

传统观点认为岩石受力变形发生破裂作用形成裂缝,对流体流动起到输导作用。实际上,高孔隙性岩石受力变形,发生颗粒的旋转、滚动、重排和(或)破碎,应变集中形成与裂缝特征截然不同的变形带,降低了储层的孔隙度和渗透率,影响流体的流动。基于野外观察描述和室内分析测试资料,以柴达木盆地西缘油砂山背斜下油砂山组地层为研究对象,从变形带形成机制出发,系统描述了高孔隙性砂岩中变形带的宏观、微观特征,剖析了变形带和未变形母岩的物性特征,明确了变形带形成时期和油气成藏期的耦合关系,探讨了变形带对流体流动的影响。研究结果表明:油砂山背斜带转折端处下油砂山组高孔隙性砂岩受力变形发生了碎裂作用,形成了典型的碎裂型变形带。碎裂型变形带的颜色发白,比母岩浅;呈正风化地形特征,以'肋状'凸出的形态发育;极少单条发育,多呈'簇状'等组合特征发育。微观上,碎裂型变形带表现为颗粒发生旋转、滚动,沿着颗粒接触边界摩擦导致颗粒破碎,颗粒尺寸明显减小、分选变差,带内颜色相对变深和孔隙坍塌、孔隙空间明显降低的特征。与母岩相比,变形带的孔隙度平均降低约17.4%。应用母岩与变形带渗透率比值与流体流动效率的定量图版分析,当变形带渗透率较母岩降低3个数量级以上时,对流体流动起到阻碍作用,油砂山背斜带变形带渗透率降低1~2个数量级,对流体流动基本无明显阻滞作用。

高孔砂岩断层内部微观结构及渗透性变化规律物理模拟

在油气勘探过程中,对于小位移断层分隔油水封闭能力的控制因素研究尚浅,野外也难以获得不同变形过程的断层带结构及其渗透性变化规律.因此,以高孔隙度纯净砂岩人造岩心为研究对象,采用自主研发的“高压-低速环形剪切装置”开展实验,实验后样品取心分别进行覆压孔渗测试、纳米CT扫描、铸体薄片分析等分析测试.以有效正应力和断层位移为实验变量开展了多组环剪实验,其研究结果表明:宏观上断层面上可观察到明显擦痕与粉末状碎裂岩,微观上确定了断层带内碎裂作用导致的颗粒粒度降低与颗粒的定向排列是孔渗降低的主要原因,断层带渗透率小于10 mD,较母岩降低2~3个数量级.随着断层有效正应力或断层滑动位移增加,断层带碎裂程度增大且粒径和孔径减小,断层带厚度增大,孔隙度和渗透率逐渐减小.这一结果可为小位移断层侧向封闭能力与油气勘探领域的研究奠定理论基础.