巖石力學(xué)性質(zhì)是指巖石在受力情況下的變形特征，其表征參數(shù)有抗壓強(qiáng)度、楊氏模量、泊松比、彈性模量、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦系數(shù)等。在
油田開發(fā)過程中，這些參數(shù)對于油氣井鉆探設(shè)計、
儲層改造措施和方案設(shè)計、井壁穩(wěn)定性評價等非常重要，因此對這些參數(shù)進(jìn)行測定有著極其重要的意義。本文以致密砂巖為研究對象，利用美國GCTS公司研制的RTR-1000型靜(動)三軸巖石力學(xué)測試系統(tǒng)，對川中某氣田和蘇里格氣田儲層致密砂巖進(jìn)行模擬地層條件的巖石力學(xué)性質(zhì)測試。
1.測試樣品和測試條件
通過鑄體薄片鑒定、掃描電鏡觀察分析表明，研究區(qū)儲集空間類型均以殘余粒間孔、粒內(nèi)孔溶為主，多為中-小孔，面孔率中等，連通率差，膠結(jié)物成分主要為伊利石、高嶺石以及伊/蒙混層，少量環(huán)邊綠泥石和自生石英。
因此所選樣品，均是致密砂巖特低孔特低滲儲層的代表樣，實驗結(jié)果對研究同類儲層具有一定的指導(dǎo)作用。
試驗中對致密砂巖儲層代表樣，在模擬地層條件下的巖石靜力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測試，求取彈性模量、泊松比、抗壓強(qiáng)度、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角等巖石力學(xué)參數(shù)，以及不同孔壓下的巖石力學(xué)參數(shù)，并繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
2.試驗結(jié)果分析
由試驗曲線可以看出，川中地區(qū)沙溪廟組砂巖的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)屬于塑-彈性變形；蘇里格砂巖的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)可分為3種類型：塑-彈性變形，彈性變形和彈-塑性變形，其中以第一種變形為主。應(yīng)力-應(yīng)變曲線開始時顯示微向上凹的特征，這主要是巖石內(nèi)微裂隙和孔隙應(yīng)變的閉合和壓縮造成，之后呈近似直線直至破壞，塑性變形階段很小或幾乎沒有，屈服應(yīng)力與極限強(qiáng)度近于重合。樣品在相應(yīng)地層條件下均表現(xiàn)為脆性。
研究區(qū)均發(fā)現(xiàn)隨著巖石滲透率和孔隙度的增加、圍壓的增大，抗張、抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)減小的規(guī)律。通過對比發(fā)現(xiàn)，川中地區(qū)致密砂巖的膠結(jié)程度較蘇里格低，且發(fā)育有微裂縫。在外力作用下，砂巖中發(fā)育的微裂隙極易擴(kuò)展、延伸貫通，造成巖石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的下降。隨著孔隙度的增加，彈性模量和泊松比均呈現(xiàn)減小的趨勢。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線為塑-彈性變形，樣品在破壞前的總軸向應(yīng)變不超過2%，在沙溪廟組儲層條件下表現(xiàn)為脆性。
3.影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素分析
影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素很多，如巖石類型、圍壓、溫度、孔隙壓力和孔隙介質(zhì)、應(yīng)變率、應(yīng)力狀態(tài)等。
（1）巖石礦物成分及含量
巖石中巖石礦物成分對其力學(xué)性質(zhì)具有明顯的影響。就同一層位而言，巖石中巖石礦物成分含量的差別也會影響其力學(xué)參數(shù)，隨著砂巖中石英含量的增加和泥質(zhì)含量的減少，巖石抗壓強(qiáng)度和楊氏模量均增加，而泊松比則顯示增加的趨勢。
（2）顆粒的接觸關(guān)系
一般來說，點接觸為不穩(wěn)定接觸，在外力作用下容易發(fā)生變形；而線接觸、凹凸按觸和縫合接觸均為穩(wěn)定接觸，很難發(fā)生變形
（3）膠結(jié)作用
膠結(jié)物的成分是影響單元體連接強(qiáng)度的重要因素，一般認(rèn)為硅質(zhì)膠結(jié)物的連接強(qiáng)度最高，鈣質(zhì)膠結(jié)物次之，泥質(zhì)膠結(jié)物最差；從含量上來說，膠結(jié)物越多，膠結(jié)程度就越高，巖石的抗拉伸和抗剪切的能力也就越大，因此也越不容易發(fā)生變形；從膠結(jié)類型看，基底膠結(jié)的膠結(jié)程度最高，孔隙膠結(jié)次之，鑲嵌膠結(jié)和接觸膠結(jié)最差。
（4）孔隙度
一般情況下，隨著巖石孔隙度的增加，巖石抗壓強(qiáng)度、楊氏模量和泊松比均不同程度地降低，而且當(dāng)巖石為水飽和時，降低幅度明顯增大。
（5）孔隙流體類型
巖石在儲層條件下都不同程度地被具有不同的體積彈性模量的油、氣、水所飽和，這些流體必然會參與巖石的受力與變形過程，從而對巖石的變形和力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生一定的影響。特別是孔隙空間中水的存在，水對巖石(或礦物)是一種弱化作用，其影響程度主要取決于水對巖石的應(yīng)力腐蝕以及對巖石組分的物理腐蝕。因此，孔隙水的存在會降低巖石的強(qiáng)度和楊氏模量。當(dāng)含水量達(dá)到一定程度后，含水飽和度的增加對巖石力學(xué)性質(zhì)就不再有明顯的影響。
（6）巖石組構(gòu)
巖石作為一種天然材料，其內(nèi)部總是存在各種成因的薄弱面。這些薄弱面可以是先期裂縫、層面或?qū)永砻妗⒊煞纸缑娴龋鼈儠@著地減弱巖石抵抗外力作用的能力，即降低巖石的抗壓強(qiáng)度和楊氏模量。
（7）層理
平行層理方向樣品的抗壓強(qiáng)度和楊氏模量大于垂直層理方向的樣品，而泊松比洽好相反；同一樣品在不同方向上的力學(xué)參數(shù)也存在較大差異。從巖石的微觀結(jié)構(gòu)方面來分析，造成巖石力學(xué)參數(shù)各向異性的主要原因，是層狀沉積巖在這兩個方向上結(jié)構(gòu)和構(gòu)造差異、礦物顆粒的取向性差異以及巖石中孔隙和裂縫的數(shù)量及分布的非均勻性。
（8）溫壓
隨溫度升高，巖石的強(qiáng)度和楊氏模量均降低；隨圍壓增加，巖石強(qiáng)度、楊氏模量和泊松比都相應(yīng)提高。
4.結(jié)論
（1）類似特低孔低滲氣藏致密砂巖儲集空間類型以殘余粒間孔、粒內(nèi)溶孔為主，多為中-小孔，發(fā)育微裂縫，面孔率中等，連通性差。膠結(jié)物多以高嶺石和伊利石為主。
（2）研究區(qū)巖石在地層條件下的變形以塑-彈性變形為主；抗張及抗壓強(qiáng)度、彈性模量和泊松比均有隨著巖石滲透率、孔隙度和圍壓的增加而增大的趨勢；砂巖中發(fā)育的微裂隙是造成巖石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的主要原因。
（3）通過砂巖微觀分析能定性判斷砂巖力學(xué)性質(zhì)的強(qiáng)弱，再和砂巖力學(xué)測試數(shù)據(jù)相結(jié)合，能全面真實地反映砂巖的力學(xué)性質(zhì)，從而為石油工程設(shè)計和災(zāi)害地質(zhì)預(yù)防提供可靠依據(jù)。
由于初次嘗試這方面的研究，方法不夠完善和成熟，但將微觀結(jié)構(gòu)特征分析和宏觀力學(xué)測試結(jié)合起來的研究，考慮多因素影響的巖石力學(xué)性質(zhì)模型的建立，將是今后的主要研究方向。
發(fā)布信息
