单井岩石力学参数处理与裂缝发育程度评价
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发布时间：2022-04-20 05:22
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时间：2023-07-02 14:50
研究工区火山岩经历了多期构造运动构造应力场的改造，形成多组多类型的裂缝。构造应力可以有张应力、压应力、剪应力和复合应力，形成的构造也有张性、压性、剪性和复合裂缝。研究中，利用油田西北缘火山岩岩心采用三轴压缩岩石力学实验研究其抗压性和抗拉性等资料，对裂缝发育程度进行半定量评价。
1. 评价裂缝发育程度的指标
岩心中的裂缝多是地质时期构造运动遗留下来的破裂痕迹，试件裂缝是室内模拟地壳深处环境条件进行岩石力学实验后在试件上形成和保留的裂缝痕迹。根据裂缝的力学成因，通过试件裂缝分析，能揭示天然裂缝的形成机制。常规的岩石力学实验只能利用单轴压缩实验测试岩石的抗压强度、利用三轴压缩实验测试岩石的抗剪强度，并给出弹性模量E和泊松比μ等岩石力学参数，揭示地质历史时期裂缝成因类型、空间分布和形成的力学机理。
利用岩石岩样，通过加载，测量不同应力作用下岩样的应变过程，直至岩样破裂，从而得到岩样的应力应变曲线。它给出了不同的岩石受力变形及破裂的全过程。利用这条曲线可以确定岩石的变形极限、破裂强度等力学参数。利用应力应变曲线可半定量地研究破裂前的永久变形量大小，帮助确定各种判定裂缝产生的临界值的大小。
从岩石力学性质出发，以岩石的完整性或破碎系数来描述裂缝的发育程度，就具有“体”的概念。
岩石力学研究表明，利用岩石的很多弹性波特征都可以反映其破碎程度。
(1) 完整性系数Kv
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:vM———岩体的纵波声速，实质上就是测井得到的纵波声速;
vR———岩石纵波声速，实质上是岩石骨架的理论纵波声速;
比值Kv———反映了岩体的完整性，即岩体越完整，vM越大，也越接近vR，则Kv就越大。
(2)破裂系数RF
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:E———岩体的动弹性模量，由测井资料直接求得;
Ema———岩石骨架的动弹性模量，由理论值求得。
由于岩体的动弹性模量E与岩体的破裂程度相关，岩体越破裂，E越小。而Ema对同一种岩石来说是一个常数，故RF越大。因此用RF消除了岩石本身性质对E的影响，而突出了岩体的破碎程度。
用长源距声波测井、密度测井可计算岩体的动弹性模型E。
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
剪切模量是施加的应力与切向应变之比
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:α———单位换算因子，α=1.34×104;
ρb———地层密度，g/cm3;
Δts———地层的纵、横波时差，μs/ft。
根据岩石弹性力学理论，利用纵横波测井资料由上式可以求得连续的动态泊松比值μ。
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:μ———地层的动态泊松比，无量纲;
Δtc———地层的纵波时差，μs/ft。
由于盆地内全波列和DSI测井较少，为此本研究根据纵横波实验资料，建立了利用纵波测井构建横波测井的关系式(图4－18)。
图4－18 纵横波时差转化关系
(3)裂缝发育程度指标I
直接利用计算的岩石破裂系数作为裂缝发育程度指标，即
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
如果有密度测井，且质量较好时，最好用岩体破裂系数来描述裂缝发育程度，但如果没有密度资料或质量太差，则可用完整系数或纵横波速度比。在适用纵横波速度比时，需注意岩性差异引起的系统误差，如灰岩为1.9，白云岩为1.8，砂岩为1.7，本书确定的火山岩为1.82，因此必须要已知岩性时，才能用来描述裂缝发育程度。
(4) 岩石稳定系数Rg
准噶尔盆地火山岩储层测井评价技术
式中:体积模量 ，切变模量
岩石力学参数反映了岩石力学性质，由于岩石并非真正钢体，因而研究其弹性力学性质是分析裂缝发育的主要方法之一。在理论上分析存在裂缝的岩石力学参数变化特征是:①裂缝发育将使横波时差有所增加，而岩石密度将不同程度降低，因而引起杨氏模量E降低，同时也使岩石切变模量G降低。②裂缝与伴生的孔洞增加，将使岩石体积压缩系数Cb增加，而造成体积模量减小。③裂缝发育使岩石初始剪切模量减小，同时也使岩石稳定系数降低。
由于裂缝发育造成杨氏模量降低，而岩石类型确定，岩石基块的岩石模量Ema是固定的，因而裂缝发育将造成储集岩的裂缝发育程度指标增加。
2. 处理成果及分析
对白X井、金X井等10多口井进行岩石力学参数测井计算，其部分处理成果见图4－19～图4－20。由处理结果可以看出岩石力学参数的变化规律。室内测试得到的岩石力学参数和测井计算得到的趋势是一致的，但其值之间有一定的误差。为此，需要建立动静态力学参数间的转换关系。
图4－19 白X井岩石力学裂缝指标
图4－20 金X井岩石力学裂缝指标
