Kaiser效应点识别方法及储层地应力预测

在储层岩心Kaiser实验中,声发射累积曲线通常出现多个突变点,导致常规Kaiser效应点识别方法不精确,甚至存在无法读取Kaiser点的问题。为此,提出将声发射能量图谱与声发射累积曲线结合的Kaiser效应点优化识别方法,并用于某油田X区块储层地应力预测。岩心单轴加载实验结果表明:加载初期,岩心处于压缩阶段,声发射数量较多,声发射能量值波动范围较大;加载中期,岩心处于弹性形变阶段,声发射数量较少,声发射能量值较低,变化幅度均一;加载后期,应力达到储层岩心破裂压力,岩心发生破裂,声发射数量急剧增加,声发射能量值达到峰值。加载中期阶段,当轴向应力达到储层岩心承受的历史最大应力时,岩心突然释放大量能量,声发射数量和能量值均突增,随后迅速降低,该现象与Kaiser现象相吻合,因此通过声发射能量图谱与声发射累积曲线结合的方法能够识别Kaiser效应点。利用优化后的Kaiser效应点识别方法,分析某油田X区块地应力分布,计算结果与现场测试结果吻合。

两类岩石声发射事件与Kaiser效应点识别方法的试验研究

岩石声发射(AE)是研究岩石内部变形与破坏机制和测量地应力的重要手段之一,但利用AE Kaiser效应测量地应力尚未标准化,许多情况下Kaiser效应点不易判别。为了提高Kaiser效应点的识别能力,对取自鄂尔多斯盆地的21块砾岩、砂岩、泥岩等岩芯开展单轴压缩AE测试试验。分析不同应力下AE的规律以及岩性、加载模式和AE参数对Kaiser效应点识别的影响。结果发现:不同载荷条件下AE事件具有不同的数量、能量和频率特征,在Kaiser效应点判别方面,砾岩比砂岩和泥岩更易获得地应力读数;循环加载优于分级循环加载,优于单次加载模式;累积能量优于振铃数和AE数。结合岩芯不同应力下的微观变形破裂机制,可以认为,存在2种类型的AE事件:一为原有裂隙闭合和颗粒间摩擦引起的摩擦型AE,一为新裂隙扩张引起的破裂型AE,破裂型AE能够更好地反映AE对应力的记忆。为了突显Kaiser效应点,应尽量压制摩擦型AE,突出破裂型AE。建议在地应力测试中采用循环加载方式消除摩擦型AE的影响,预压应力水平应超过预先估计的地应力,采用累积能量作为Kaiser效应点的识别参数。

加载速率对不同岩性岩石Kaiser效应影响的试验研究

当加载速率较快时,砂岩、粗砂岩、泥岩等岩石相对于加载速度较慢的测试,Kaiser点对应的应力值增大,但对于灰岩等脆性岩石,加载速率对其Kaiser效应影响甚微。因此,需要具体分析加载速率对不同岩性岩石Kaiser效应的影响。试验发现,不同加载速率导致声发射累积次数随应力的变化曲线存在显著差异。这是因为当加载速率较慢时,岩心内部较大和较小的裂缝都会发生错动和扩展,致使声发射信号比较明显,得到的Kaiser点对应的应力值较小;而当加载速率较快时,只有较大的裂缝才会发生错动和扩展,Kaiser点对应的应力值相对较大。当深度大于2500m的岩心在声发射测量过程中,Kaiser点往往出现在岩石破坏点之后,因此必须模拟地层条件采用围压下的Kaiser效应进行测量,测得相应地层的地应力大小。针对不同的岩性岩石选取不同的加载速率进行加载研究,试验结果与现场试验结果基本一致。结论为Kaiser效应试验测地应力提供理论依据和借鉴。

花岗岩Kaiser效应的实验验证与分析

应用八通道的声发射系统,实验研究了10个花岗岩试样(150 mm×150 mm×150 mm)在单轴压缩循环荷载作用下的Kaiser效应,同时研究了保载、旋转(90°)加载和延时加载对Kaiser效应的影响.应用单纯形算法对声发射事件进行定位,研究裂纹扩展过程.结果表明:在初次加载条件下,声发射事件连续急剧产生,反映岩样本身的损伤程度;在岩样线弹性循环加载阶段,花岗岩表现出明显的Kaiser现象,同时表明岩石具有一定的受载记忆能力;声发射事件定位结果明显显示出裂纹的初始、扩展过程,与实际观察到的岩样破坏结果是一致的.同时发现保载、旋转(90°)加载和延时加载对Kaiser效应没有影响.但是,一旦岩样被加载至非线性阶段,再对岩样进行重复加载,声发射事件急剧增加,超过前几次加载过程产生的声发射数,这个结果与Kaiser效应试验结果完全不同.

混凝土轴心受拉声发射Kaiser效应试验研究

通过对48个试件进行轴拉声发射试验,研究混凝土试件在往复循环拉伸加载条件下Kaiser效应的有效性及其应力范围,探讨混凝土材料中Kaiser效应与Felicity效应的关系,并就Kaiser效应的影响因素进行系统全面的分析。结果表明:混凝土在轴心受拉试验中存在明显的Kaiser效应,其存在的机理是混凝土材料损伤不可逆的结果。Kaiser效应存在的应力上限值约为极限抗拉强度的80%。Felicity比随着相对应力水平的提高而单调下降,当达到较高的应力水平后,Felicity比迅速下降,Kaiser效应衰退,出现Felicity效应。加载速率对混凝土轴拉声发射Kaiser效应基本没有影响;而加载制度、应力水平、卸载后放置的时间以及干湿条件等对混凝土轴拉声发射Kaiser效应产生较大的影响。研究结果为应用声发射技术探讨混凝土拉伸破坏机理奠定基础,同时也为Kaiser效应的工程实际应用提供参考。

岩石Kaiser效应测定地应力场的试验研究

用单轴压缩试验测试岩石Kaiser效应特征,进而确定岩体地应力状态的方法,在岩体工程实践中得到广泛的应用。由于运用Kaiser效应法测得的地应力值是新构造应力场最近时期的地应力,对新建西安—南京铁路秦岭越岭地区采用岩石声发射的单轴压缩Kaiser效应法结合微构造法对其地应力场进行研究,得出其现代地应力场总体方向为NE向、各测点处的地应力的具体方向及基本地应力值15 MPa,试验结果与实际情况基本吻合。

岩石声发射Kaiser效应应用于地应力测试的研究

介绍了声发射Kaiser效应测定岩体地应力的原理、方法和测试技术,应用弹性力学理论推导出地下岩体测点处的地应力表示和地应力椭球基本方程。通过在定向岩芯9个特殊方向取样,进行声发射试验得到了各方向的单向正应力值,将其值代入地应力计算公式中得到了3个主应力的大小、方向。其实验研究结果可为工程提供借鉴和参考。

不同应力路径对岩石声发射Kaiser效应的影响

为了解在循环加载过程中使用不同应力路径岩石声发射Kaiser效应的特征,采用岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)对三种不同应力路径下岩石试样的声发射特征进行了数值计算.在循环加载中采用不同的应力路径对试样加载,在二次加载过程中仍能观测到清晰的Kaiser效应,但是KF值却与先前的最大应力值有较大差别.研究结果表明,岩石Kaiser记忆的真实内容不是先前所受的最大应力,而是岩石内部的损伤程度.使用从原岩中取样,在实验室做单轴压缩声发射实验观测KF值的方法测得的应力值与真实的原岩应力有较大的差别.这一结论对于进一步认识Kaiser效应的本质和用Kaiser效应准确的测定原岩应力有重要的作用.

利用岩石声发射Kaiser效应求取地应力

在油气勘探开发中地应力是重要的基础数据,测量地应力的方法较多,利用岩石声发射Kaiser效应求取地应力是其中的方法之一。该方法具有简单、直观等优越性。针对准噶尔盆地勘探开发中存在的问题进行研究,首先介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力的基本原理及实验方法,根据弹性力学理论给出了岩石测点处地应力方程;然后应用该方法求取了准噶尔盆地中部区块2口井的地应力大小,并与测井资料处理结果进行了对比,处理结果较为一致。说明利用声发射Kaiser效应确定地应力是一项准确可靠的室内测试方法,分析结果也为该区块的钻井工程设计与施工提供了基础数据。

Kaiser效应测原岩应力过程的数值模拟和理论分析

用岩石破裂过程分析软件(RFPA2D),采用与常用的Kaiser效应测原岩应力过程相似的加载路径,对岩石试样进行数值模拟实验。基于统计损伤力学理论,对Kaiser效应的机理进行分析,并在理论上验证数值实验的结果。结果表明:Kaiser效应的本质是对岩石内部损伤程度的记忆,传统用Kaiser效应测原岩应力的方法测得的应力值往往比真实值要小,而且,岩样在原岩中受到的侧向应力越大,用该方法测得的轴向应力值与真实值相差越大。因此,要得到准确的原岩应力,必须根据岩石的损伤本构关系对单轴加载测得的Kaiser效应点应力值进行校正。

岩石声发射Kaiser效应的理论和实验研究

利用统计损伤模型研究了岩石声发射的Ｋａｉｓｅｒ效应机制，建立了声发射数和岩石微元强度统计分布之间的定量关系。根据微观统计损伤理论，利用简单的力学模型推导出单轴应力状态下的Ｋａｉｓｅｒ效应表达式，理论和实验结果较吻合。

岩石非均匀性和围压对Kaiser效应的影响

为了解采用Kaiser效应测原岩应力过程中的影响因素,应用岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)对岩样进行数值模拟分析。结果表明:利用Kaiser效应测得的原岩应力值比真实值要小;岩石先前所受围压越大,岩石的均匀性越差,利用该方法测得的Felicity比值越小,Kaiser效应点应力值与真实值相差越大;对于均匀性极差的试样,Felicity比值曲线在首次加载施加围压后出现明显的拐点;随着岩石均质度的提高,先前所受围压对于Kaiser效应的影响逐渐降低。Kaiser效应的本质是对岩石内部损伤的记忆而不是对先前所受最大应力的记忆,要想得到准确的原岩应力,必须根据岩石的损伤本构关系对单轴加载得到的Kaiser效应点应力值进行修正。

利用岩石的Kaiser效应测定储层地应力

用单轴压缩试验测试岩石Kaiser效应特征,进而确定岩体地应力状态的方法,在岩体工程实践中得到广泛的应用。长庆靖安油田长6储层属于低孔低渗储层,需要进行水力压裂后才能得到高效地开发,为此必须研究该储层的地应力。用岩石的Kaiser效应,结合岩芯古地磁定向来研究储层19口井的地应力。研究结果表明,岩石声发射得到的最小主应力与水压致裂瞬时停泵法进行比较,大小吻合较好,而用岩芯古地磁定向结合岩石的声发射测试,能准确测定出地层中主应力分布的方向,与地层倾角测井解释成果比较接近。

岩石声发射Kaiser效应研究现状及展望

由于原岩应力现场测量存在着施工困难、测量过程复杂、测量环境要求高等问题,通常只能利用较少的现场测量点获取地下空间区域的原岩应力信息,岩石力学与工程界一直在寻求相对简便易行的原岩应力测量方法。其中,岩石声发射Kaiser效应是一种可以在室内测量原岩应力的重要方法。岩石声发射Kaiser效应已有超过半个世纪的研究历程,至今尚未取得公认Kaiser点的识别标准。系统归纳了国内外有关岩石声发射Kaiser效应产生机制、Kaiser效应点识别方法以及Kaiser效应影响因素等方面的主要研究成果,并对上述研究成果进行了总结和讨论,着重探讨了岩石声发射Kaiser效应的产生机制及其微裂纹演化机制。在上述分析的基础上,提出了岩石声发射Kaiser效应今后主要研究方向和内容,可为该领域的研究者提供借鉴和参考。

受拉加载方向变化对Kaiser效应点准确度的影响

基于Kaiser效应由裂纹扩展释放弹性波产生的认识，依据断裂力学理论就加载方向变化对Kaiser效应的影响进行分析。研究了远场应力为拉应力时，二维Ⅰ，Ⅱ型混合裂纹扩展的临界应力相对值、FR比值与加载方向偏转角之间的关系。结果表明：加载方向对Kaiser效应点反应岩石记忆先期荷载值的准确度有较大影响，其变化大小与临界应力相对值正相关。若第一次加载方向与裂纹面垂直，偏转角度从0°～90°变化，裂纹扩展临界应力相对值和FR比值均不断增大。偏转角为0°～20°时，FR比值变化范围为1～1．1，Kaiser效应点记忆较为准确，但第二方向所记忆的荷载并非该方向的正应力值。偏转角为90。时，临界应力相对值和FR比值均趋近于无穷大，裂纹在该裂纹面方向上不能发展，说明Kaiser效应消失。这与部分学者的试验结果一致，说明此类劈裂试验中Kaiser效应的产生，裂纹扩展是主要原因，也在某种程度上解释了该类试验加载方向偏转角度越大，Kaiser效应越来越不明显的问题。

岩石Kaiser效应方向独立性的研究现状及进展

岩石声发射Kaiser效应测量地应力方法具有经济、简便、可大量测试的优点,吸引国内外学者广泛的注意,并进行了大量的研究。然而,由于岩石Kaiser效应的复杂性,还存在一些基础理论问题尚未解决,引起对部分Kaiser效应研究成果的争论。本文简要介绍了Kai-ser效应测量地应力的基本原理,指出声发射Kaiser效应存在方向独立性问题,综述了国内外学者研究Kaiser效应方向独立性的不同成果:有学者研究表明,单轴压缩下,当θ小于10°时可以观察到Kaiser效应,当θ大于10°时则观察不到Kaiser效应;另外一些研究者却认为,Kai-ser效应的存在与否,与两次加载间的夹角无关。在此基础之上探讨了Kaiser效应存在方向性对岩石Kaiser效应测量地应力的影响,并提出需要加强进一步的研究。

加载速率对不同岩性岩石Kaiser效应影响

选取3种不同岩性的岩石,进行2次不同加载速率的单轴循环加载试验,结合声发射技术,分析加载速率对Kaiser效应的影响。结果表明:若前期所承受过的最高应力水平超过损伤应力时,Kaiser效应失效,Felicity效应成立。Felicity比的变化趋势也能充分反映岩石损伤的演化过程。基于应力和其他物理力学参数的Felicity比均随着加载速率的增加呈增大趋势。加载速率对脆性岩石的Kaiser效应影响较小,对塑性软岩的Kaiser效应的影响显著。岩石内部矿物成分、含量、胶结方式和结构等差异,导致了各种岩石力学特性和声发射特征的不同。加载速率越大,岩石的峰值强度越高,累计振铃计数越小。

岩石声发射Kaiser效应的数值模拟试验研究

运用岩石破裂过程分析 ＲＦＰＡ２Ｄ系统，对岩石破裂过程中声发射Ｋａｉｓｅｒ效应进行了数值模拟试验研究，得到了与物理试验现象十分吻合的模拟结果．

岩石声发射的Kaiser效应研究进展

简要介绍了声发射技术的原理、发展史,从Kaiser效应应用方面,还介绍了声发射技术的研究成果。还介绍了岩石的Kaiser效应及声发射技术在岩土工程中的应用。最后讨论了声发射技术未来的研究方向。

利用岩石Kaiser效应对地应力的测试实验

介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力的原理、方法以及测试技术,根据弹性力学理论推导出岩体测点处地应力方程。按6个特殊方向对所取岩样进行制取,并对岩样进行声发射测试,由此结果计算出单向正应力值和3个主应力的大小及方向。其实验研究结果可为工程提供借鉴和参考。