致密砂巖儲層天然裂縫建模方法研究進展
發(fā)布時間：2021-02-02 02:53
致密砂巖儲層中天然裂縫的存在極大影響儲層非均質(zhì)性與滲流儲集空間.精準刻畫三維裂縫空間展布,是目前致密砂巖儲層亟待解決的問題.本文基于天然裂縫形成力學(xué)機理,將建模方法分為基于巖石破裂瞬態(tài)的有限元分析方法和基于裂縫擴展過程的離散元分析方法.其中有限元方法分為基于巖石破裂準則的建模方法,和基于能量守恒的建模方法;離散元方法分為基于多物理場真三軸實驗的裂縫擴展建模方法,以及基于實時CT掃描三維巖石破裂過程的建模方法.本文結(jié)合實際工區(qū)案例系統(tǒng)介紹了四類方法的原理、特征及優(yōu)缺點,并在最后對基于裂縫成因的天然裂縫建模方法的發(fā)展趨勢進行展望.研究結(jié)果表明:基于破裂準則的建模方法適合巖石破壞形式單一,較為均質(zhì)的儲層,是一種能夠快速判斷裂縫空間展布的半定量方法.基于能量守恒的建模方法適合絕大多數(shù)裂縫系統(tǒng),是一種能夠針對復(fù)雜構(gòu)造、強非均質(zhì)儲層進行三維定量建模的方法.基于多物理場真三軸實驗的裂縫擴展建模方法具有還原真實裂縫形成環(huán)境的優(yōu)勢,是進行深層-超深層儲層裂縫建模的最佳選擇.基于實時CT掃描三維巖石破裂過程的建模方法具有對巖石破裂過程實時三維成像,直接構(gòu)建立體模型的優(yōu)勢,適用于復(fù)雜巖體內(nèi)部裂縫建模研究工作...
【文章來源】：地球物理學(xué)進展. 2020,35(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
斷裂(地應(yīng)力)類型(王平, 1992, 有修改)
剪裂縫為三向主應(yīng)力均為擠壓應(yīng)力時,派生的剪切應(yīng)力大于巖石抗剪強度時形成的裂縫(穆龍新等, 2009).在擠壓構(gòu)造背景條件下,我們主要討論五種破裂準則,這些準則表明了當巖石發(fā)生破裂時最大主應(yīng)力σ1與σ2和σ3的函數(shù)關(guān)系.使用較為普遍的Mohr-Coulomb準則和Hoek-Brown準則(Hoek, 1990),未考慮中間主應(yīng)力σ2的影響,在室內(nèi)實驗中,通過常規(guī)三軸試驗數(shù)據(jù)(σ1>σ2=σ3)進行確定;修正Wiebols-Cook準則、修正Lade準則和Drucker-Prager準則,考慮中間主應(yīng)力σ2影響,通過真三軸實驗(σ1>σ2>σ3)進行確定(Zoback et al., 2003; Zoback, 2010).總結(jié)了五種抗壓強度破裂準則特征,考慮實際地下多軸壓縮背景,分析σ2在不同破裂準則下,對巖石強度的影響.將五種破裂準則的屈服包絡(luò)面投影到π平面上(圖2),Mohr-Coulomb準則屈服面是一個六面錐,與三向主應(yīng)力軸的截距相等,屈服面與π平面截面為六邊形.Hoek-Brown準則屈服面與π平面截面同樣為一個近似六邊形,與Mohr-Coulomb準則屈服面不同,Hoek-Brown準則破壞椎體的側(cè)面不是平面,圖中顯示的曲率較小看起來像直線.修正Lade準則是三維破裂準則,隨中間主應(yīng)力σ2的增加,材料強度增加,當σ2進一步增加的時候,材料強度略微下降.修正Wiebols-Cook準則是Wiebols和Cook在1968年提出的有效應(yīng)變能準則,該準則涉及所有主應(yīng)力.隨后,Zhou在1994年提出一個類似Wiebols-Cook準則的破裂準則,是外接Drucker-Prager準則的拓展,修正Wiebols-Cook準則椎體正好與Mohr-Coulomb準則六邊形外頂點重合.Drucker-Prager準則又稱von Mises準則,分為外接準則和內(nèi)切準則,均為通過和Mohr-Coulomb準則比較得來.內(nèi)切Drucker-Prager準則圓與Mohr-Coulomb準則六邊形內(nèi)切,外接Drucker-Prager準則圓與Mohr-Coulomb準則六邊形外切.
表2 裂縫區(qū)域指數(shù)劃分等級區(qū)域表Table 2 Determination criteria of the degree of fracture development by comprehensive fracture index 等級區(qū)域 綜合破裂指數(shù) 裂縫密度(條/m) 裂縫發(fā)育程度 Ⅰ區(qū) R≥1.5 >4 發(fā)育 Ⅱ區(qū) 1.0<R≤1.5 1.5～4 一般發(fā)育 Ⅲ區(qū) R≤1.0 <1.5 較少發(fā)育圖5 研究區(qū)巖石綜合破裂指數(shù)分布圖(林承焰等,2019)
本文編號：3013914
【文章來源】：地球物理學(xué)進展. 2020,35(05)北大核心
【文章頁數(shù)】：12 頁
【部分圖文】：
斷裂(地應(yīng)力)類型(王平, 1992, 有修改)
剪裂縫為三向主應(yīng)力均為擠壓應(yīng)力時,派生的剪切應(yīng)力大于巖石抗剪強度時形成的裂縫(穆龍新等, 2009).在擠壓構(gòu)造背景條件下,我們主要討論五種破裂準則,這些準則表明了當巖石發(fā)生破裂時最大主應(yīng)力σ1與σ2和σ3的函數(shù)關(guān)系.使用較為普遍的Mohr-Coulomb準則和Hoek-Brown準則(Hoek, 1990),未考慮中間主應(yīng)力σ2的影響,在室內(nèi)實驗中,通過常規(guī)三軸試驗數(shù)據(jù)(σ1>σ2=σ3)進行確定;修正Wiebols-Cook準則、修正Lade準則和Drucker-Prager準則,考慮中間主應(yīng)力σ2影響,通過真三軸實驗(σ1>σ2>σ3)進行確定(Zoback et al., 2003; Zoback, 2010).總結(jié)了五種抗壓強度破裂準則特征,考慮實際地下多軸壓縮背景,分析σ2在不同破裂準則下,對巖石強度的影響.將五種破裂準則的屈服包絡(luò)面投影到π平面上(圖2),Mohr-Coulomb準則屈服面是一個六面錐,與三向主應(yīng)力軸的截距相等,屈服面與π平面截面為六邊形.Hoek-Brown準則屈服面與π平面截面同樣為一個近似六邊形,與Mohr-Coulomb準則屈服面不同,Hoek-Brown準則破壞椎體的側(cè)面不是平面,圖中顯示的曲率較小看起來像直線.修正Lade準則是三維破裂準則,隨中間主應(yīng)力σ2的增加,材料強度增加,當σ2進一步增加的時候,材料強度略微下降.修正Wiebols-Cook準則是Wiebols和Cook在1968年提出的有效應(yīng)變能準則,該準則涉及所有主應(yīng)力.隨后,Zhou在1994年提出一個類似Wiebols-Cook準則的破裂準則,是外接Drucker-Prager準則的拓展,修正Wiebols-Cook準則椎體正好與Mohr-Coulomb準則六邊形外頂點重合.Drucker-Prager準則又稱von Mises準則,分為外接準則和內(nèi)切準則,均為通過和Mohr-Coulomb準則比較得來.內(nèi)切Drucker-Prager準則圓與Mohr-Coulomb準則六邊形內(nèi)切,外接Drucker-Prager準則圓與Mohr-Coulomb準則六邊形外切.
表2 裂縫區(qū)域指數(shù)劃分等級區(qū)域表Table 2 Determination criteria of the degree of fracture development by comprehensive fracture index 等級區(qū)域 綜合破裂指數(shù) 裂縫密度(條/m) 裂縫發(fā)育程度 Ⅰ區(qū) R≥1.5 >4 發(fā)育 Ⅱ區(qū) 1.0<R≤1.5 1.5～4 一般發(fā)育 Ⅲ區(qū) R≤1.0 <1.5 較少發(fā)育圖5 研究區(qū)巖石綜合破裂指數(shù)分布圖(林承焰等,2019)
本文編號：3013914
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