岩石热开裂影响因素分析VIP专享VIP免费

第31卷第5期2003年10月石油钻探技术PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESVol.31,No.5Oct.,2003收稿日期:2003-07-01基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号49974003)及中国石油天然气集团公司石油科技中青年创新基金资助项目(编号2001CX-17)作者简介:吴晓东(1958—),男,1982年毕业于华东石油学院采油工程专业,1988年获石油大学油气田开发工程专业硕士学位,2000年获中国科学院地球物理专业博士学位,教授。联系电话:(010)89734626�校庆专栏�岩石热开裂影响因素分析吴晓东1,刘均荣2(1.石油大学油气井工程学科,北京昌平102200;2.石油大学油气井工程学科,山东东营257061)摘要:室内大量岩心的实验结果表明,岩心经过高温热处理后,其渗透率、孔隙度等参数会发生较大的变化且这些变化存在一定的温度界限,不同类型的岩心具有不同的温度界限。从这些实验结果出发,对影响岩石热开裂的因素进行了初步的探讨和分析。关键词:岩石;热开裂;波速度;渗透率;孔隙度;实验室试验中图分类号:TE21文献标识码:A文章编号:1001-0890(2003)05-0024-04引言岩石是由多种矿物颗粒组成的,在受热作用下,由于这些矿物颗粒在热学上表现出的差异(热膨胀各向异性、热膨胀不均匀性等),使得岩石内部结构发生相应的变化,当这些变化超过岩石自身的某种限度时,就会在岩石内部产生微裂缝,进而引起岩石物性参数(如孔隙度、渗透率等)的变化,通常把这种现象称为岩石热开裂。在石油勘探开发过程中,一些储集层由于自身的物性差导致产能很低而难于经济有效地开发(如低渗、特低渗油藏),如何改善这些储集层的物性,提高开发效果和可采储量,是今后石油勘探开发的一个重要研究方向。目前油田上采用的常规水力压裂只能使岩层沿着某一方向产生裂缝,而岩石热开裂则是在岩石内部形成连通良好的裂缝网络,这将极大地提高储集层的导流能力,因此开展关于岩石热开裂的研究对于石油勘探开发有着重要的意义。笔者在实验室中采用渗透率、孔隙度、声速测量以及电镜扫描(SEM)、矿物成分分析等手段,对大量粉砂岩、灰岩、砾岩等岩石进行热处理研究。实验热处理最高温度为800°C。通过研究发现[1-3],上述参数在经不同温度处理后均发生了较大的变化(如岩石渗透率和孔隙度随着温度升高逐渐增加,而声速却逐渐下降)。这些变化在低温下比较缓慢,而当超过一定温度界限(阈值温度)后,这些参数出现了急剧的变化。大量研究认为[4-8],这些参数的变化与岩石内部结构的变化有关,也即与岩石的热开裂现象有关。由于岩石是一种多晶体,其性质千差万别,因此在受热作用下影响岩石热开裂的因素也是多种多样的,如加热方式、加热速度、岩石胶结程度、颗粒粒径大小、组成矿物成分以及岩石内部原始结构等。1实验结果实验用样品基础数据见表1。表2是其中9块岩样的实验数据。表1实验岩心基本情况种类来源波速/km�s-1渗透率/10-3�m2孔隙度,%粉砂岩桩23井3.3～3.5<0.026～7灰岩草古1-1井5.0～5.3<0.012～3砾岩永921井4.1～4.3<0.15～6表2高温处理前后岩心波速、渗透率和孔隙度对比岩心波速/km�s-1渗透率/10-3�m2孔隙度,%100°C800°C倍比�100°C800°C倍比�100°C800°C倍比�1#3.4461.4530.420.01600.62439.006.5811.4481.742#3.3871.5770.460.01900.54328.586.5911.8261.793#———0.03800.76120.036.6516.6982.514#5.3123.2880.620.00350.28681.712.2625.01911.075#4.9893.0960.620.00530.636120.002.1526.68412.416#———0.02101.08951.862.9733.68511.347#4.1340.9820.240.02609.184353.235.8813.2482.258#4.2882.141�0.500.04100.675�16.465.2912.550�2.379#———0.079027.87352.775.4129.2535.41注:1#～3#岩心为粉砂岩;4#～6#岩心为灰岩;7#～9#岩心为砾岩;�为以100°C时的数值作为比较的基值;�由于在600°C时岩心表面出现十分明显的裂纹,该值是600°C时的测量值。实验结果发现:在热处理过程中岩石的波速、渗透率和孔隙度均有不同程度的变化。波速下降幅度最大达到76%,渗透率增加幅度最大可达两个数量级,孔隙度增加幅度最大近十倍。图1～图3是对应的波速、渗透率和孔隙度随温度变化的曲线。图1岩心渗透率—温度变化曲线图2岩心孔隙度—温度变化曲线图3岩心波速—温度变化曲...