【摘要】：特低滲透和非常規(guī)油氣在我國(guó)及世界油氣資源開發(fā)中的重要性越來越高,其核心問題之一是其孔隙相關(guān)的性質(zhì)。特別是在孔隙變形、滲透性和有效應(yīng)力特性方面,特低滲透巖石都展現(xiàn)出了與常規(guī)中高滲透巖石不同的特性,其規(guī)律還沒有很好的掌握,開展特低滲透巖石的孔隙彈塑性變形與有效應(yīng)力特性研究具有重要意義。本文以典型特低滲透灰?guī)r和頁(yè)巖為研究對(duì)象,分析了其微觀孔隙特征,開展了室內(nèi)常規(guī)三軸應(yīng)力實(shí)驗(yàn)和靜水壓下的有效應(yīng)力實(shí)驗(yàn),研究了應(yīng)力作用下特低滲透巖石的孔隙彈塑性變形與滲透性、流體飽和對(duì)破裂特征的影響和有效應(yīng)力特征,得到如下主要成果:(1)特低滲透巖石普遍具有孔隙細(xì)小、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連通性差的特征。采用光學(xué)、微觀掃描電鏡以及壓汞實(shí)驗(yàn)和核磁共振等多種手段,并結(jié)合大量文獻(xiàn)資料,系統(tǒng)研究了特低滲透巖石的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征,結(jié)果表明,特低滲透巖石孔徑分布范圍廣、孔隙連通性較差、微觀非均質(zhì)性強(qiáng),是特低滲透巖石的普遍特征。(2)應(yīng)力作用下,特低滲透巖石將發(fā)生孔隙彈塑性變形,孔隙的彈塑性變形不僅會(huì)引起孔隙體積變化,而且還會(huì)引起孔隙連通性的改變。特低滲透巖石孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不同類型孔隙的變形剛度不同,變形規(guī)律差異較大,狹長(zhǎng)孔隙應(yīng)力敏感性強(qiáng),應(yīng)力作用引起孔隙連通性的降低。滲透率的降低受到孔隙體積減小及孔隙連通性降低的雙重影響。高圍壓下可引起孔隙坍塌或顆粒擠碎,極大降低孔隙連通性,導(dǎo)致滲透率大幅度下降。(3)應(yīng)力作用下,將引起流體飽和頁(yè)巖的局部孔隙壓力,并影響巖石的微觀破裂。頁(yè)巖中部分孔隙在應(yīng)力作用下變成孤立的不連通孔隙,在應(yīng)力作用下,這些飽和的孤立孔隙變形將引起局部高孔隙壓力,易于在層理等弱面處引起多點(diǎn)局部微破裂,增加裂縫系統(tǒng)的復(fù)雜性,改變頁(yè)巖的破裂模式。(4)非均勻的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)特低滲透巖石有效應(yīng)力系數(shù)具有重要影響,并與孔隙連通性有關(guān)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),中高滲灰?guī)r滲透率和孔隙度的有效應(yīng)力系數(shù)小于1,而具有非均勻孔隙結(jié)構(gòu)的特低滲透灰?guī)r的滲透率和孔隙度的有效應(yīng)力系數(shù)是大于1的。特低滲透巖石的非均勻孔隙結(jié)構(gòu)易于引起孔隙連通性的變化,因而使其孔隙壓力的作用大大增加,有效應(yīng)力系數(shù)提高,基于連通孔隙的常規(guī)孔隙彈性理論已不能很好的解釋有效應(yīng)力系數(shù)大于1的現(xiàn)象,需要考慮應(yīng)力作用下特低滲透巖石孔隙連通性的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE311
【圖文】：

中國(guó)石油大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文1.5 技術(shù)路線圖研究將按照?qǐng)D 1.1所示的技術(shù)思路展開研究，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，針對(duì)微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特低滲透巖石，系統(tǒng)地研究特低滲透巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征、孔隙變形與滲流規(guī)律、微觀破壞機(jī)理以及孔隙彈性特性。

圖2.3Indiana灰?guī)r微觀結(jié)構(gòu)圖(a)光學(xué)顯微鏡下的完整Indiana樣品，其中孔隙P，異�；疉，和亮晶膠結(jié)物C，(b)高倍鏡下異�；車奈⒕，(c)和(d)為掃描電鏡下的完整Indiana樣品（微觀圖來自汲云濤等人[40]）Fig. 2.3 microstructure image of Indiana limestone (a) optical micrograph ofan intact sample of Indiana sample. Pore, allochems and spary cement aremarked in the image (b) higher magnification micrograph showing micritearound the allochems. (c) and (d): Backscattered SEM images of an intact sampleof Indiana（from Ji et al.2013）Purbeck 灰?guī)r取自英格蘭南海岸的區(qū)塊，通過 X 射線分析可知，礦物成分主要包括約 80%的方解石和 20%的石英。微晶方解石四周環(huán)繞亮晶方解石（球粒徑的范圍為 100 到 500 ），石英以晶斑形式分布在整個(gè)巖石中[81]，在 500 尺度下，可以看出 Purbeck 散布著宏觀孔隙和灰色的石英晶斑，嵌入在方解石基質(zhì)中（如圖 2.4c），在 50 尺度下觀察，可以清晰看到存在兩種不同孔隙尺寸的孔隙，許多的微孔隙分布在宏觀孔隙周圍，多為球粒狀的粒內(nèi)孔隙，利用密度估算方法得出孔隙度在 14%左右。

圖2.4Purbeck灰?guī)r微觀結(jié)構(gòu)圖(a)光學(xué)顯微鏡下的微觀結(jié)構(gòu)圖(b)完整的Purbek灰?guī)r在分別率為4 微米下的微觀數(shù)據(jù)圖像 (c) Pubeck 灰?guī)r孔隙空間分為宏孔和微孔 (d) 在 Pubeck 灰?guī)r中可以觀察到許多尺寸低于20微米的微孔Fig. 2.4 Microstructure image of Purbeck limestone (a) optical micrograph ofan intact sample of Purbeck sample (b) CT data on intact Purbeck limestone withresolution 4 . Backscattered SEM micrographs of undeformed samples ofPurbeck limestones (c) The pore space of Purbeck limestone is partitionedbetween microporosity and macroporosity (d) Numerous micropores of size < 20 m observed in Purbeck limestone魯家坪頁(yè)巖樣品來自中國(guó)重慶城口區(qū)露頭樣品，此樣品是下寒武統(tǒng)魯家坪組頁(yè)巖。重慶城口區(qū)域黑色頁(yè)巖系分布廣泛，區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，斷層十分發(fā)育，以逆沖、逆沖推覆走滑斷層為主，露頭發(fā)育有膝褶，尖棱褶皺，傾豎褶皺，平臥褶皺等多種構(gòu)造樣式，該區(qū)下寒武統(tǒng)廣泛發(fā)育海相頁(yè)巖[82]，分布面積廣、厚度大、TOC 高、有機(jī)質(zhì)類型好、頁(yè)巖含氣量豐富，具有良好的頁(yè)巖氣形成條件[83, 84]，具有代表性的頁(yè)巖儲(chǔ)層。粘土礦物平均含量約為 20%（伊蒙混層占粘土礦物的 60%

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2789066