【摘要】：碳酸鹽巖儲層油氣藏開發(fā)相關(guān)技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展,時至今日逐漸積累出一套以酸化壓裂為主的儲層改造技術(shù),其最終目的就是形成具有一定導(dǎo)流能力的酸蝕裂縫。針對酸蝕裂縫導(dǎo)流能力問題的研究,需要與閉合應(yīng)力緊密關(guān)聯(lián),因此閉合應(yīng)力條件下的酸蝕面力學(xué)性能成為本文研究的核心問題。經(jīng)過酸蝕后,裂縫表面巖石的微觀結(jié)構(gòu)被酸液溶蝕破壞,礦物顆粒本身及其粒間膠結(jié)物的溶蝕將會降低巖石強度,出現(xiàn)表層巖石的軟化現(xiàn)象。被軟化的表層巖石與內(nèi)部巖石相比有著較高的塑性和更低的嵌入強度,這一力學(xué)性能的差異將對微觀尺度下的酸蝕縫面接觸形態(tài)產(chǎn)生一定影響。通過酸蝕巖心的三軸壓縮力學(xué)實驗和酸蝕巖樣品薄片邊緣形態(tài)的觀察,對酸腐蝕巖石軟化現(xiàn)象進行了驗證,總結(jié)了酸對巖石宏觀力學(xué)性能和微觀形態(tài)的影響。研究表明,和未酸蝕樣品相比所有酸蝕過的巖心其最大抗壓強度以及彈性模量均有明顯下降。薄片觀察中發(fā)現(xiàn)白樣薄片邊緣在低放大倍數(shù)下平直整齊,整體邊界完整連續(xù);酸蝕樣品邊界在低放大倍數(shù)下即可觀察到明顯的鋸齒狀、港灣狀溶蝕邊,而在高放大倍數(shù)下礦物顆粒則呈現(xiàn)破碎離散的形態(tài)。采用維氏硬度計研究酸蝕條件與酸蝕樣品表面硬度的關(guān)系,并借助掃描電鏡進一步深入探討了不同酸蝕條件下軟化層的厚度。石灰?guī)r表面維氏硬度的測量得到了不同酸蝕條件下巖石樣品的酸蝕軟化層厚度及基本力學(xué)參數(shù)。實驗過程中發(fā)現(xiàn)維氏硬度計的壓頭在較大載荷下出現(xiàn)樣品硬化現(xiàn)象,證明酸蝕軟化具有一定厚度并且可被金剛石壓頭突破。在電鏡觀察過程中,發(fā)現(xiàn)酸液濃度、驅(qū)替壓力和酸蝕時間的增加可致酸蝕特征的出現(xiàn)深度也不斷增加。所有樣品的軟化層厚度都體現(xiàn)出明顯的空間分布不均勻特性,主要受大顆粒以及酸不溶礦物包繞的影響。對有酸蝕軟化層的蝕裂縫壁面進行有限元數(shù)值模擬,得到了一定閉合應(yīng)力下的閉合縫寬變化規(guī)律,通過總結(jié)發(fā)現(xiàn),縫面閉合后的閉合縫寬受軟化層厚度以及初始縫寬度的影響,并且在某些條件下出現(xiàn)了縫面完全閉合的情況。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),隨著初始縫寬的逐步減小,70MPa閉合應(yīng)力下4mm初始縫寬并帶有300μm軟化層的情況最先出現(xiàn)完全閉合,初步認定4mm為裂縫完全閉合的臨界初始縫寬,初始縫寬小于4mm的閉合情況還需視閉合應(yīng)力與軟化層厚度的組合情況而定。在所建立的軟化層導(dǎo)流能力模型基礎(chǔ)上,以計算導(dǎo)流能力等于0為標準,劃分了需考慮軟化層影響的邊界條件:初始縫寬落在各邊界左側(cè),且同時有軟化層厚度落在邊界上方的情況下才需要考慮軟化層的影響。特別指出10MPa閉合應(yīng)力下無論軟化層厚度與初始縫寬取何值,都不需考慮軟化層的影響。建立了工程條件導(dǎo)流能力模型,并通過將其與軟化層導(dǎo)流能力模型進行等效折算,得到特定施工參數(shù)下的導(dǎo)流能力、初始縫寬以及軟化層厚度沿縫長方向上的分布,再結(jié)合軟化層影響邊界條件判定圖版得到考慮軟化層存在的有效導(dǎo)流距離。計算發(fā)現(xiàn)有效導(dǎo)流距離小于現(xiàn)行通用的酸液有效作用距離,說明在某些條件下需要考慮軟化層的影響,才能對酸蝕裂縫導(dǎo)流能力做出正確評估。
【圖文】：

圖 1-1 技術(shù)路線圖1.4 論文成果及創(chuàng)新點酸蝕裂縫導(dǎo)流能力壁面的強度、彈塑性等力學(xué)性能對導(dǎo)流能力的影響至關(guān)重要，本文通過多尺度的觀察及力學(xué)參數(shù)測試，在充分認識酸蝕軟化層存在形態(tài)及其基本力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用有限元手段模擬了在多種酸蝕條件下形成的酸蝕縫面的彈塑性變形規(guī)律，得到如下成果：（1）通過設(shè)計酸蝕巖心三軸壓縮力學(xué)實驗和拍攝酸蝕巖樣薄片，從兩個尺度對酸腐蝕巖石軟化現(xiàn)象提供了驗證和進一步的微觀證據(jù)，總結(jié)了酸對巖石宏觀力學(xué)性能和微觀形態(tài)的影響。（2）從石灰?guī)r表面維氏硬度和不同酸蝕條件下巖石樣品掃描電鏡兩方面對巖石酸蝕軟化現(xiàn)象進行了微觀領(lǐng)域的研究，得到了不同酸蝕條件下巖石樣品的酸蝕軟化層厚度以及基本力學(xué)參數(shù)。（3）在獲取軟化層厚度分布規(guī)律和軟化層基本力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對考慮

化現(xiàn)象進行科學(xué)而系統(tǒng)的認識，本章主要包括巖石酸蝕應(yīng)力應(yīng)變曲線，以及微米級的巖石薄軟化現(xiàn)象進行認知。三軸應(yīng)力應(yīng)變新疆塔中盆地某碳酸鹽巖區(qū)塊奧陶系鷹山組共得到標準巖心柱塞 27 塊，實驗室內(nèi)測得孔隙0.075×10-4μm~0.1×10-4μm，屬超低孔超低滲范圍面呈灰白色并且無明顯腐蝕痕跡和裂縫，其化學(xué)表 2-1 碳酸鹽巖的 X 衍射全巖分析方解石% 白云石% 石英 鉀長石 94.67 0.82 3.51 — 應(yīng)變曲線采用成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)開發(fā)工巖石力學(xué)實驗系統(tǒng)測得，如圖 2-1 所示。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE357.2

【參考文獻】

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本文編號：2587934