岩石力学实验及地层压裂设计

收稿日期:2006-07-15作者简介:赵益忠(1980-),男(汉族),山东潍坊人,博士研究生,从事深部岩石力学方面的研究。

文章编号:1673-5005(2007)03-0063-04不同岩性地层水力压裂裂缝扩展规律的模拟实验赵益忠1,曲连忠1,王幸尊2,程远方1,沈海超1(1.中国石油大学石油工程学院,山东东营257061;2.华北石油管理局井下作业公司,河北任丘062500)摘要:利用真三轴模拟压裂实验系统对玄武岩、巨砾岩、泥灰岩岩心进行了水力压裂裂缝起裂及裂缝扩展模拟实验,得到了压后裂缝几何形态和压裂过程中压力随时间的变化规律。

研究结果表明,玄武岩中天然裂缝发育程度较低,抗拉强度较高,裂缝起裂会导致明显的压降,压后能够形成比较理想的双翼缝;巨砾岩中天然裂缝较为发育,裂缝起裂不会导致明显的压降,高排量压裂后形成的裂缝为多组复杂裂缝,裂缝扩展摩阻很大,裂缝延伸压力几乎与破裂压力相当;泥灰岩抗拉强度较低,部分发育有天然裂缝,破裂压力较低,裂缝起裂后延伸压力与最小水平地应力相当。

关键词:水力压裂;裂缝扩展;模拟实验;几何形态中图分类号:TE 357.1 文献标识码:ASi m ulation experi m ent on prol ongation la w of hydraulicfracture for different lithol ogic for m ationsZ HAO Y -i zhong 1,QU L i a n-zhong 1,WANG X i n g -zun 2,C HENG Yuan -fang 1,S H EN H a-i c hao1(1.Co llege of Petrole um Engineer i ng in Chi na Universit y of P etro leu m,D ongy ing 257061,Shandong P rovince ,China;2.W orkover Co mp any of H uabeiP etroleu m A d m inis t ration Bureau ,R enq i u 062500,H ebei P rovince ,China )Abstrac t :S i m u lati on exper i m ents on the i n iti ation and pro l ongati on m echan i s m s of hydrauli c fractures w ere conducted by a true tr i ax i a l test sy stem w it h basa lt ,boulde rstone and m uddy li m estone ,and the fracture g eom etry and the var i ation law of pressure w ith ti m e were obta i ned .T he res u lts show that t he basalt has few na t ura l fractures and strong tensile strength ,the initiati on of fract u res res u lts i n obv i ous pressure drop ,and t he desirable double w i ng fractures a re fi na ll y f o r m ed .Boulde r -stone is found to have l ots o f natural fractures and i nd i sti nct pressure drop or i g i nated from t he fracture i n iti a tion .T he fract ures fracturi ng at h i gh de livery rates a re mu lti ple sets o f co m plex ones .The fr i ction resistance of fractures pro l onga ti on i s l a rger ,and t he va l ue of pro l onga ti on pressure i s equa l to the fract ure pressure .M uddy li m estone shows lo w er tens ile streng t h and partiall y dev eloped natura l fractures .The frac t ure pressure is re l a ti ve l y lo w er ,and t he pro longation pressure is al m ost equa l to the m i n i m al ho rizonta l in -sit u stress i n m uddy li m estone .K ey word s :hydrau lic frac t ur i ng;fract ure pro longati on ;si m u l a ti on experi m ent ;geom etry近年来在我国许多油田相继发现了一些特殊岩性油藏,大多为深层、低渗油藏,常通过压裂增产技术提高其单井产量[1-3]。

页岩裂缝岩石力学
（实用版）
目录
1.页岩裂缝的概念和特征
2.岩石力学的研究意义和方法
3.页岩裂缝对岩石力学的影响
4.我国在岩石力学领域的研究和应用
正文
页岩裂缝是指在页岩中存在的天然或人为产生的裂隙，是岩石力学研究的一个重要对象。

岩石力学是一门研究岩石在各种应力状态下的力学性质和行为的学科，对于理解岩石的破裂、滑坡、地震等地质灾害具有重要意义。

岩石力学的研究主要通过实验室测试和现场观测来进行。

实验室测试包括对岩石的硬度、强度、韧性等指标的测量，现场观测则主要通过对岩石的开采、挖掘、钻探等活动来进行。

这些研究结果对于理解岩石的破裂机制、预测岩石的稳定性和安全性等方面具有重要作用。

页岩裂缝对岩石力学的影响主要体现在两个方面：一是改变了岩石内部的应力分布，二是影响了岩石的强度和稳定性。

在页岩开采和利用过程中，必须充分考虑页岩裂缝的影响，采取有效的措施来防止岩石的破裂和滑坡等地质灾害。

我国在岩石力学领域的研究取得了显著的成果，不仅在理论研究上取得了一系列重要成果，而且在实际应用中也取得了显著的效果。

例如，我国在岩石力学的基础上，成功开发了一系列岩石工程技术，如岩石锚杆、岩石支护等，这些技术在岩石隧道、地下矿山等领域得到了广泛应用。

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压裂分析与设计范文压裂技术是一种利用高压液体将岩石裂缝扩大的技术。

它被广泛应用于石油、天然气、水资源等领域，能够提高地下资源的开采率。

压裂分析与设计是压裂技术的关键环节，它包括了理论分析和实际设计两部分内容。

理论分析主要是通过数学模型和实验数据，研究岩石的力学性质和裂缝扩展规律，为实际设计提供理论依据。

实际设计则是根据地质条件、目标裂缝压裂参数和施工设备等因素，确定压裂液的配方、工艺参数和施工方案等。

压裂分析的第一步是确定岩石的力学性质。

这包括了岩石的弹性模量、泊松比、抗拉强度、压缩强度等参数。

通过压裂试验、岩芯分析等手段，可以获得这些力学参数，从而了解岩石的力学特性。

压裂分析的第二步是建立数学模型。

数学模型是通过描述岩石的力学行为和裂缝扩展规律，来预测压裂效果的一种方法。

常用的模型包括线弹性模型、压裂裂缝模型、断裂模型等。

在建立模型时，需要考虑到岩石的非均匀性、地应力的影响、裂缝扩展路径等因素，以提高模型的准确性。

压裂分析的第三步是进行数值模拟。

数值模拟是通过计算机模拟技术，对数学模型进行求解，获取岩石应力场、应变场和裂缝扩展路径等信息。

通过数值模拟，可以研究不同压裂参数对岩石裂缝扩展的影响，指导实际设计。

压裂设计的第一步是确定目标裂缝压裂参数。

目标裂缝压裂参数包括裂缝长度、裂缝宽度、裂缝几何形状等。

这些参数的确定是根据地质条件、开采目标、经济效益等因素综合考虑的结果。

压裂设计的第二步是确定压裂液的配方。

压裂液是由水、添加剂和颗粒物等组成的液体。

根据岩石的力学性质和实际需求，需要确定压裂液的黏度、密度、pH值、增稠剂含量等参数。

此外，还需要考虑到压裂液与岩石的相容性、环境保护等因素。

压裂设计的第三步是制定施工方案。

施工方案包括了压裂区域的选择、井筒的布置、压裂设备的选择和操作流程等内容。

在制定施工方案时，需要考虑到岩石的地层特点、井筒条件、运输和施工的安全等因素，以确保压裂作业的顺利进行。

总之，压裂分析与设计是压裂技术的重要环节，能够提高压裂的效果和经济效益。

石油工程岩石力学基础课程设计1.前言石油工程中需要使用钻井、完井、采油等作业对井孔进行操作。

岩石作为地球外围硬质物质体，如何对井壁起到包裹和支撑作用，对于保证作业的质量和安全具有至关重要的作用。

而岩石力学正是研究岩石在外力作用下的力学性质和变形规律的学科。

本次课程设计旨在通过学生对这门学科的研究，深入了解岩石力学在石油工程中的应用。

2.设计思路本次课程设计将以石油工程为背景，以岩石力学为基础，通过学习文献和实验，设计一个基于岩石力学的模拟井壁力学行为的模型。

在模拟实验中，通过改变井孔直径、岩石断裂角、压力等因素，研究岩石的力学性质和变形规律，并对井壁支撑能力进行分析。

最终应搜集数据并进行数据处理，得出与实际情况相符合的结论。

3.实验设计3.1 实验目的通过模拟实验，研究岩石的力学性质和变形规律，并对井壁支撑能力进行分析。

3.2 实验原理石油工程中的井孔可以看作是一个圆柱体，由岩石构成的井壁可以看作是一个充满正压力的圆柱体内表面，岩石的力学行为可以看作在正应力状态下的变形规律。

3.3 实验方法1.实验仪器：岩石力学试验机2.实验材料：不同种类岩石样品3.实验步骤：（1）准备不同种类的岩石样品，切割成直径、高度不同的块状岩石（2）根据实验需求，设置不同直径的井孔，并将岩石样品置于模拟井孔中（3）将岩石力学试验机连线至井孔内，进行力学实验，并记录实验数据（4）搜集实验数据进行数据处理，并得出结论3.4 实验预期结果通过上述实验方法，可得出岩石的弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学性质，并得出岩石在力学作用下的变形规律。

通过数据分析，可以得出井壁的最大支撑能力和井壁失稳的条件。

4.结论通过本次课程设计，对于岩石力学在石油工程中的应用有了进一步的了解。

通过模拟实验，得出了有关岩石的力学性质和变形规律的实验数据，并得出了井壁的支撑能力和失稳的条件。

此次课程设计不仅为我们提供了学习石油工程及相关技术方面的实践机会，同时也使我们更深入地认识到了岩石力学在石油工程中的重要性。

岩石试验报告范文一、实验目的1.掌握岩石力学性质测试方法；2.了解岩石的索氏模量、泊松比、抗压强度和抗拉强度等力学性质；3.学会对岩石进行力学性质测试并分析结果。

二、实验仪器和材料仪器：压力机、拉力机材料：岩石样本三、实验步骤1.取得岩石样本，并清理样本表面；2.使用压力机进行抗压强度测试，记录岩石的抗压强度；3.使用拉力机进行抗拉强度测试，记录岩石的抗拉强度；4.通过压力机和拉力机的测试数据计算出岩石的泊松比和索氏模量；5.分析实验结果，总结岩石的力学性质。

四、实验结果与数据处理1.实验结果如下：岩石A的抗压强度为50MPa，抗拉强度为20MPa；岩石B的抗压强度为60MPa，抗拉强度为25MPa；2.根据实验数据计算出以下结果：岩石A的泊松比为0.25，索氏模量为20GPa；岩石B的泊松比为0.28，索氏模量为22GPa。

五、数据分析与讨论1.根据实验结果可以看出，岩石B相比于岩石A具有更高的抗压强度和抗拉强度，说明岩石B的结构更密实，抗性更大；2.岩石的泊松比反映了岩石的柔韧性和变形能力，泊松比越小，岩石的柔韧性越好；3.索氏模量是衡量岩石的弹性模量的指标，模量越大，岩石的刚性越好。

六、结论通过本次实验，我们对岩石的力学性质进行了测试，并得出以下结论：1.岩石B的抗压强度和抗拉强度均高于岩石A；2.岩石B相比于岩石A的泊松比更大，说明岩石B的柔韧性较差；3.岩石B的索氏模量较大，表明岩石B的刚性较好。

七、实验中存在的问题及改进方案1.在实验中，可能由于样本的不完全均质性，导致测试结果的误差较大。

可以尽量选取均质性好的样本进行测试，或者进行多次实验取平均值；2.实验中的仪器精度可能会影响测试结果的准确性，可以选择更高精度的仪器进行测试。

八、实验心得通过本次实验，我对岩石的力学性质有了更深入的了解。

岩石的力学性质对于土木工程，尤其是岩土工程的设计和施工具有重要意义。

希望能进一步学习和研究岩石力学，为工程实践提供可靠的理论依据。

岩石力学与岩体实验指导书及报告（内部资料）矿业工程学院实验总室2011年6月一、实验目的：测定岩石的单轴抗压强度。

二、实验方法：将圆柱体岩石试样放在压力实验机上进行单轴压缩实验，试件破坏瞬间受压面上的极限应力值为该岩石的抗压强度。

（一）实验前的准备工作1、试件制备。

描述和尺寸测量见<变形实验>。

每组试件数根据实际情况而定，但最好不少于三块。

（二）实验步骤1、试件安装将准备好的岩石试件放在压力实验机上、下加压板的中心位置，试件整个断面应与加压板严密接触，若不合要求，应予处理。

2、施加载荷保持恒定的应力速率（50～100N/cm2/s）对试件连续加载至破坏为止，记录破坏载荷数值。

描述试件的破坏情况，描述内容见<岩石抗拉强度实验>。

“施加载荷”部分，并记入记录表3－2内，发现试件初裂后仍能继续承受载荷，应记录出裂时的载荷值。

三、计算岩石的抗拉强度岩石的（单轴）抗压强度按下式计算：c p Aσ=式中：cσ－岩石抗压强度（MPa）；P－试件破坏时施加的最大载荷KN；A－试件横截面积cm2。

一、实验目的：测定岩石的抗拉强度。

二、实验方法：本实验采用劈裂法测定岩石的抗拉强度。

（一）实验前的准备工作：主要是试件的制备、描述和尺寸测量。

（1）采用圆盘试件。

试件直径（D ）为50毫米，厚度（T ）为25毫米（T/D=0.5）。

（2）试件两端面应平等，试件轴心线与断面应垂直，二者的最大偏差均不得大于0.2毫米。

试件表面光滑平整。

试件数目据实际情况而定，但最好不少于10块。

（3）测量试件尺寸。

圆盘试件测直径和厚度。

沿厚度（T ）上、中、下三个部位分别测直径，取三次测量的平均值为试件的直径。

沿预定加载方向上、中、下三个部位测定试件厚度，取三次测量的平均值为试件的厚度。

方片形试件参照圆盘形试件确定规格，测量其尺寸。

（二）试件安装将试件安装于抗拉模具上，要将试件安放在模具的中心线上，避免偏心加载。

岩石力学-实验报告《岩石力学》综合复习资料一、填空题1、岩石的抗拉强度是指。

可采用方法来测定岩石的抗拉强度，若试件破坏时的拉力为p，试件的抗拉强度为σ，可用式子表示。

2、在加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的时，井眼发生破裂。

此时的压力称为。

当裂缝扩展到倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成，当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为。

如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到。

3、在钻井中，岩石磨损与其相摩擦的物体的能力称作岩石的，表征岩石破碎的难易程度的称作岩石的。

4、垂直于岩石层面加压时，其抗压强度，弹性模量；顺层面加压时的抗压强度，弹性模量。

5、在单向压缩荷载作用下，岩石计试件发生圆锥形破坏的主要原因是。

6、岩石蠕变应变率随着湿度的增加而。

7、一般可将蠕变变形分成三个阶段。

第一蠕变阶段或称；第二蠕变阶段或称；第三蠕变阶段或称。

但蠕变并一定都出现这三个阶段。

8、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是和。

9、随着围压的增加，岩石的破坏强度、屈服应力及延性都。

10、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是、、。

将这些变形单元进行不同的组合，用以表示不同的变形规律，这些变形模型由、、。

11、在岩体中存在大量的结构面（劈理、节理或断层），由于地质作用，在这些结构面上往往存在着软弱夹层；其强度。

这使得岩体有可能沿软弱面产生。

12、岩石的力学性质取决于组成晶体、颗粒和之间的相互作用以及诸如的存在。

13、在三轴不等压情况下，随着最小主应力σ3的增加，岩石的破坏强度及延性，屈服应力。

二、选择题1、劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的a抗压强度b抗拉强度c单轴抗拉强度d剪切强度2、岩石的吸水率指a岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比b岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比c岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比d岩石试件岩石天然重量和岩石饱和重量之比3、已知某岩石的饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石a软化性强，工程地质性质不良b软化性强，工程地质性质较好c软化性弱，工程地质性质较好d软化性弱，工程地质性质不良4、当岩石处于三向应力状态且比较大的时候，一般将岩石考虑为a弹性体b塑性体c弹塑性体d完全弹性体5、在岩石抗压试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗拉强度a增大b减小c不变d无法判断6、在岩石的含水率试验中，试件烘干时应将温度控制在a95-105℃b100-105℃c100-110℃d105-110℃7、在缺乏试验资料时，一般取岩石抗拉强度为抗压强度的a1/2-1/5b1/10-1/50c2-5倍d10-50倍8、某岩石试件的相对密度ds=2.60，孔隙比e=0.05，则该岩石的干密度ρd为a2.45b2.46c2.47d2.489、下列研究岩石弹性、塑性和粘性等力学性质的理想力学模型中，哪一种被称为凯尔文模型a弹簧模型b缓冲模型c弹簧与缓冲器并联d弹簧与缓冲器串联10、岩石的割线模量和切线模量计算时的应力水平为aσb/2bσc/2cσddσ50三、判断改错题1、根据库伦——纳维尔破坏准则破裂面外法线方向与最大主应力之间的夹角为452、岩石抗压强度实验要求岩心轴径比小于2。

岩石力学实验报告班级：学号:姓名：日期：西安科技大学实验一 岩石单轴抗压强度的测定一、 实验目的1、 掌握岩石力学性质的实验方法。

2、 熟悉试验机的操作技能及使用方法。

3、 对完整岩石强度分级和性能描述。

二、 实验原理利用材料试验机对岩石试件进行单轴压缩，使岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限强度，数值等于破坏时的最大压应力，其抗压强度等于破坏时的荷载与受力截面积之比。

即 10⨯=FPR Mpa 三、 实验设备及工具1、 材料实验机-----30吨万能材料试验机2、 游标卡尺（精度0.02毫米） 四、 岩石试件及数量标准试件采用直径5厘米的圆柱体，高径比为2，并且两端面平行（要求两端面不平行度小于0.01厘米），上下端直径偏差小于0.02厘米。

相同状态下同一种岩性试件（最好从同一块岩石上取下）的数量一般不少于3块，若测定结果偏离度大于20％级以上时应适当增补测试试件的数量，一保证测试结果。

五、 实验方法及程序1、 对岩石试件进行编号，并对其颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态进行详细描述，并填入记录表内。

2、 量测试件尺寸，量测时应在试件高度的上中下三个部位分别量测两个相互正交的直径，取其算术平均值作为直径，精度0.1毫米。

试件高度测定精度1.0毫米。

3、 选择压力机度盘（根据岩石试件的岩性及试件的完整情况进行选择），并挂上相应的摆锤。

4、 启动压力机，将度盘指针调整到零，使其处于工作状态。

5、 将试件置于压力机承压板中心，调整球形坐使试件截面与压力机承压板平行，以便使试件上下受力均匀，必要时应设置防护网，以免试件压裂时崩出伤人。

6、 以每秒0.5~1Mpa 的速度加载直到破坏。

7、 记录破坏荷载以及加载过程中出现的现象，对破坏后的试件进行描述。

六、 实验结果计算1、单个试件的单项抗压强度 10⨯=FPRMpa 式中：P---------------试件破坏荷载，KN ；F---------------试件初始截面积，cm 2；2、每组试件单向抗压强度算术平均值（取小数点后1位）；11np i i R R MPa n ==∑式中：R i ---------------第i 个试件单项抗压强度，Mpan----------------每组试件的数量。

岩石弱性模量与毕奥特（Biot）系数在压裂设计中的应用60石油钻采I艺1996年(第18卷J第3期口一岩石弹性模量与毕奥特(Blot)系数在压裂设计中的应用.ss塑巫单文文'由勘担开垃科学铲完阮廊坊守吃.三:响"蛐蝣觚科黜鲫..刁啜塑翌丝遂星旦应?裂缝宽度裂,/1992年从美国引进了岩石力学试验系统.该系统具有精密的测量,控制系统.可完成一些复杂的岩石力学试验可以模拟实际生产过程等几年罘主要在与压裂工程有关的问题方面开展了部分研究工作.取得了一些成果.弹性模量对压裂压力与造缝的影响一,单轴与三轴压缩中的岩石力学参数所谓单轴是指岩样只受轴向压力.而三轴压缩是指岩弹除受轴向力(上覆层压力)外.同时还爱水平方向压力(即围压).岩洋内部还具有孔隙压力通过这些试验得到的岩石力学参数包括:弹眭模量,泊橙比,剪切模量,体积模量和压缩强度等.作为沉积物的岩石其矿物成分,粒度,结构,裂隙等不尽相同.而且取心后由于应力释放.会产生一些微裂纹.这些复杂的固素使岩石表现出来的力学性质相差很大表I是最近两年所做部分样品的试验结果.从表I中的试验数据可看出,岩石的畅氏模量和抗压强度都髓有效应力的增加而增加.如伊38井岩样围压从0增加到30MPa.杨氏模量扶1l776MPa变化到19027MPa.增加62但不同岩弹的畅氏模量增加幅度不同.如勒3井细砂岩岩样.有效围压增加35MPa.扬氏模量从25I89MPa增至30570MPa,增加了2l.即使同种岩性由于其组分和结构不同,岩石力学参张保平等:岩石弹性摸量与毕奥特(Bio1)系数在压裂设1一中的应用6表1岩石三轴试验结果'由日井号:幂度岩l主匪匡孔隙点枷氏馕量泊拯:抗压强度名特(Pa:(MPa】rMPa——1U2311O.251西蛙矿曲试I800雌岩8035530.3I————湖南00{782O.272#500蛙岩净书旷05引8O.26——00II776O.23O吉林伊382860粗砂岩3O0】90270j12】O0071520.3147华北苏203300粗砂岩3O0I6I6HO.2【l7{I5O25l8O.24吐喑勒33305细砂岩5OO3050O.27l3O296080.【6大丧树【02000细砂岩3003l331O.I9—OO78600.【245胜利娃743610细砂岩704n22628ol42387n2025100Ol5数也不相同.如:华北苏2O井,有效围压增加30MPa,杨氏摸量变化从7452MPa到16168MPa,增加近120随着孔隙压力的增加,有效应力减小,杨氏模量会降低.如胜利油田桩74井,在围压70MPa不变的情况下,当孔隙压力从40MPa减小到20MPa.扬氏模量从25103MPa降到22628MPa,减小近10岩石越松软.含有做裂缝越多,对外部应力越敏感综上所述,地应力和油藏压力对岩石力学性质有很大影响,在压裂过程中,这些参数影响着裂缝的扩展二,岩石弹性模量对压裂压力与造缝的影响水力压裂是提高油气井产量的有效手段之一.它的目的是在地层中压开一条具有一定方向和几何形状的裂缝,并充填支撑剂提高裂缝的导流能力.其成功与否除了和压裂液,支撑剂有关外.就地应力和岩石力学性质也起着非常重要的作用.如美国TerraTek公司用较完善的全三维压裂软件TerraFrac.模拟弹性模量对裂缝延伸和几何形状的影响,结果表明,上,下界层的弹性模量差异达到两倍.就可对裂缝高度的延伸产生明显的影响.'.如前所述.岩石的力学性质受就地应力的影响,如不能获得正确的岩石力学参数,压裂优化设计就失去了意义.1.弹性模量对缝宽的罩;响在裂缝高度恒定情况下,对于非牛顿流体.Perkins和Kern证明缝宽与岩石弹性模量的1/(2n+2)]次幂成反比,即.:】/一.如以华北油田苏2O井为62石油钻采I艺1996年(第18卷)第3期例,当杨氏模量增加120,缝宽将减小23.如果从三维角度考虑,由于裂缝高度也在增长,这时杨氏模量就显得更为重要.当其它参数不变而只改变弹性模量的情况下,用美国NSI公司的三维压裂软件StimPlan模拟计算的裂缝在关井时的宽度和闭合时的剖面如图1所示:在井筒缝宽减小了(O.44一O.33)/o.4d=25.建宽(ram)5直力363--薯宽13D1.3薯延6o帐911ⅢO'若井时最大建竟要麓闭合剖面图1苏2O井缝宽和裂缝剖面2.弹性模量对施I压力的影响泵注压力是裂缝延伸所需要的.在PKN模型中△PF0c)/(+施工净压力与地层岩石弹性模量(2+1)/(2n+2)次幂成正比,即地层岩石刚度越大,施工净压力越高.图2是在三维基础上得到的施工净压力与岩石杨氏模量关系.图3是用StimPlan 以苏2O井为例模拟计算的不同杨氏模量的施工压力曲线.由于杨氏模量的增加,施工压力提高近20.l'7善击1.4泵对匍(mia)圜2利奈压力和弹性模t的关系曲线圜3华北苏20井的净压力和泵注时间关来由墁3.层与层之问的杨氏模量差异对裂缝最终几何彤状的影响在地层中,如果层间地应力差异不大的情况下,弹性模量可能成为控制裂缝延伸的一个重要因素.表2是用TerraFrac三维压裂设计软件模拟的各层间杨氏模量变化对裂缝几何形状影响的实例.Ⅻ㈨%张保平等:岩石弹性摸量与毕真特(Blot)系数在压裂设计中的应用63模拟中的其它输入参数,如各层的地应力,断裂韧性,滤失特性,厚度及压裂液的流变性和施工排量等都相同上五种情况模拟得到的缝长和裂缝上,下延伸高度见表3表2各屡的杨氏模■(MPa)表5模拟计算得到的缝长及缝高分类土界面储层下界面A344833448334483B344832O69034483C34483l379334483D3{{83689734{83E3448.3344833448.3全缝长缝高(m)分类(m)向上延伸向下延伸总缝高AI5755l38l93Bl6l55l27l82Cl8ll3l5ll64D556j2l729E986j208269图4和图5分别是裂缝纵剖面的几何形状和沿井筒裂缝宽度剖面.:..:..困4裂缝鸯L剖面团圈5裂缝宽度剖面圈综上所述,岩石力学性质对水力压裂的裂缝几何形状,施工压力等都有着重要影响,而岩石力学性质又与地应力有关系,所以只有获得正确,可靠的岩石力学参数才能满足压裂优化设计的需要毕奥特系数与水平应力在水力压裂中,孔隙弹性会影响到裂缝的闭台压力,破裂压力P和二次开启压力Prc等.这里仅讨论孔隙弹性中的Not系数a在计算产层水平应力时的应用及其影响一,毕奥特理论对于一个由固体和液体两部分组成的,各向同性的,具有孔隙的渗透介质,Biot在1962年给出了其应力——应变关系=^h+2傀一(=v+2一I一艇+2傀一IXyz:2G,f==2GIf==2G1(1)(2)(3)(4)(5)(6)EI一●一D0L¨c-n¨¨¨VL×0娃A^"¨¨¨¨¨¨V+1一目v艇EJ一石油钻采I艺1996年(第18卷)第3期式中,,",——分别为,,z轴方向的应力;k",——zz轴方向的应变分量;t——孔隙介质中相对于固体部分的液体的体积应变:,——孔隙介质的Lame参数;C——用来描述两相介质的附加弹性模量.练合式(1),(2)和(3)得到—Ke(7)毕奥特(Biot)系数用来确定孔隙压力对岩石变形的影响,定义为"一1/f'(8)式中.——固体的颗粒压缩系数;C——体积压缩系数.Zimmerrnan在毕奥特理论基础上对常数进行了扩展,并给出了定义Ci=(±1/.)(d,/dPJ)(9)式中i——6,P(6一岩石体积;岩石孔隙体积);J——c,p(c围压;一孔隙压力).下标P和P分别表示该过程中围压或孔压保持恒定.上述物理意义是:和('分别为岩石在孔隙压力不变的情况下的体积压缩系数和孔隙体积压缩系数;和('分别代表岩石在围压恒定条件下的体积压缩系数和孔隙体积压缩系数.=,毕奥特系数的实验室测定由式(8)可知,只要得到岩石的体积压缩系数和颗粒压缩系数c,就可计算出毕奥特系数.实验室中可以分两步获得c和c.首先在保持孔隙压力不变的情况下,增加围压.由定义求出c,然后围压和孔压同时以同样的速度增加,求得,从而计算出毕奥特系数..围6是丘陵油田八遭弯某井岩心的一曲线.由图可看出.岩石的体积压缩系数f是变化的,尤其是在围压开始增加的初始阶段.这是由于岩心内微裂缝的闭合,体积应变迅速增加造成的.随着围压的继续增加,曲线逐渐变得平缓.所以岩石的体积压缩系数是变化的.而在围压,孔隙压力同时变化阶段一O曲线基本上是一条直线,这是因为此时只有固体受压缩.是受固体固有性质决定的,故是一常数.由此可知.毕奥特系数不是一个常数,在水平应力越高的地层.岩石的体积压缩系数越小,毕奥特系数也越小.表4是部分样品的试验结果三,毕奥特系数对水平应力计算的影响国6^道弯某井的一口曲残水平应力一般随井深度的增加而增加.而层与层之间又有所差别产层与遮挡层闯的应力差通常是控制裂缝垂向增长的主要因素,因此在压裂设计前,必须获得产层和遮挡层的水平应力.通常用下面的公式计算水平应力口H一/(1一")](一口P)十(1.)式中"～一水平应力;"——岩石的泊松比:a——毕奥特系数;P——油藏压力张保平等:岩石弹性模量与毕奥特(Biot)系数在压裂设计中的应用65表4部分岩样的毕奥特系敷深度固压体积压缩未敷颗拉压缩敷Biot油田井号岩性(m)(MPa)(×lO.'MPa..)(×10—MPa..)集敷67d3l093吐哈,\道弯知毋岩35005.5I73.508086}02.6J0乱87太庆慧802知毋岩16463.3JO252.2700.85太庆慧802如砂岩l645302.7603.lO.87J0J.532O83大庆慧20I细砂岩l88O26J70I.2590.79301.J9006吉诛伊38细砂岩282O4.3457.8300.46吉林油田伊38井某砂岩层深度为2850m,上覆层压力65MPa,泊松比0.3,油藏压力30MPa,围压21～48MPa,实验室测得的毕奥特系数变化从0.8～o'47.如图7所示.由式(10)可分别求出两个极限值(0.8.0.47)时的水平应力.口n一1.6MPa,口H一35.9MPa.由于用不同的毕奥特系数,得出的水平应力相差6MPa,而通常邻层的应力差一般小于7MPa,这样对于水平裂缝垂向增长有可能突破产层进入遮挡层,相反对于裂缝有可能在产层之内.用不阿的毕奥特系数将得到不同的水平应力,从而在三维模拟中将产生不同的裂缝几何形状.结论日压(MPa圈7伊38井岩样的毕奥特未敷随围压变化凿线1.岩石力学参数受地应力的影响,尤其对于松软地层的岩石,弹性模量,抗压强度等随围压的增加而有大幅度的提高,从而影响到裂缝的几何形状,施工压力等.2.毕奥特系数c随围压的增加丽臧l,』,,嚏孔隙度的增加雨增加.由于一直接影啊到水平童力的计算,进而影响裂缝的垂向增长.3.由于岩石力学参数,孔隙弹性系数等都受应力场,温度场等的影响,所以进行工程设计时所用的岩石力学参数都应在模拟实际地层条件下测得作者附言:在谊项研完中.侯守信高瓿工程师参与1部分工作,压鞋工艺室的王飙;工工程¨而矗计算}再驻模拟计算中给于了热情帮助,在此一并表示感谢(下转8丽178石油钻采I艺1996年(第18卷)第3期530聚合物溶液浓度1000mg/L,注入量100m,注入排量4.2m./h,井取得了如下资料:(1)聚合物溶液注入性能,注入压力和渗流能力等资料.(2)测定了聚合物溶液经过地面流程,井下油管,油层射孔孔眼和井底附近油层剪切降解和吸附量等技术数据.(3)注聚合物前后油层的压降曲线,了解了目前油层有关参数变化.(4)测定了甲醛示踪剂通过井壁附近油层渗流后浓度下降率.=,下步工作建议1.由于蒙古林油田污水化学成分复杂,用污水配液对聚合物溶液粘度影响比较严重,达不到设计要求.因而建议尽快对地面管线流程进行改造,并改用蒙一联清水配液.如果仍用污水配液,必需进行水质处理,达到水质标准要求,使聚合物溶液具有较高粘度,保证驱油效果.2.注聚合物驱油前lOd之内,要对试验区内5口注水井实施化学调剖及先期防窜预处理措施,调堵剂应具有粘度高,强度大,有效期长等特点,要采用大剂量,深度调堵的工艺方法,提高注入水的波及效率.3.聚台物驱油期间,严格控制注入排量,注入压力,使井口注入压力低于油层破裂压力.4.聚合物驱油期间,控制井口注入温度,使井底附近油层温度高于原油凝固点.参考文献1EJWitterholt,MPTixier.TemperatureLogginginInjectionWel1.SPE40222马世蛙.聚合轴驱油实用工程方法.北京:石油工业出版社,l9953王鸿勋,张琪等踌.幕油工艺原理(修定本).北京:石油工业出版社,l990(|l￡稿日期1995一l2～05)[编辑王霜梅](上接第65页)参考文献lTerraTeklnc.BasicAppUedRockMechanic~2EFJaer.etaJ.Petro]eumRe~eORockMechi.EL~ervierSciermel~lb]JsherBV,l9923Laurent.eta1.P弛一poressureInfluenceintheP帅eIaBehaverofRock;Experimen~lStudiesandResults.SPEFEJum.1993JJWang+RJCliftor~, NumbericalModelingofHydraulicFracturinginLayeredFc~mationWithMultipleElastic Moduli.ISElql9905NRWarpinski.e1a1.DeterminationoftheEffectiveStressLawfc~PermeabilityandDefor mationinLow—Permea~li-tyRecks.SpE~'EJune,1992(址谒日期1995—19—27)[编辑郑秀娟]。

水力压裂优化设计2006年11月26日1压裂设计依据1.1井概况1.2测试解释结果1.3岩石学特征对整个区块进行系统的岩石学研究。

1 -4粘土矿物特征与储层敏感性粘土矿物成分及其分布方式研究，开展储层敏感性评价试验。

1.5储层参数评估压裂设计前，必须了解压裂侯选井的储层地质及构造情况、进行地层测试与评价、结合所在区块位置和井对应关系，以便设计出合理的、可靠的压裂施工参数。

1.5.1地应力地应力包括地应力的大小和方向，地应力在水力压裂设计中十分重要的位置。

剖而上的地应力影响水力裂缝高度，平面上的地应力场影响施工压力和与井网的最优裂缝几何尺寸匹配关系。

目前，所涉及到的区块并没有对地应力分布进行研究，依据我国地应力特点从整体估计地应力状况。

中国大陆板块受到外部两大板块的推挤，即印度板块每年以5cm的速度推挤和太平洋板块每年以数厘米的速度推挤，同时受到西伯利亚和菲律宾板块的约束。

在这样的边界条件下，板块发生变形。

据陈宗基预测，其最大水平主应力迹线将沿图示曲线延伸。

西伯利亚板块图1-1我国地应力分布概图据李方全研究，按行政区域划分：（1）中等构造应力区包折河北、山西、吉林延吉地区、辽宁南部、山东等；（2）低构造应力区包插：江苏、浙江、黑龙江、吉林及内蒙古大部分地区。

水力压裂设计中，没有地应力资料和其它测试资料以判定人工裂缝方位，并结合水平主应力方向与井网部署确定压裂改造规模。

但作为探井压裂，必须考虑到存在的附加风险，应将地应力适当高估。

1.5.2岩石力学性质岩石力学性质主要指储层、盖层和底层的杨氏模量、泊松比和断裂韧性值，它们对裂缝几何尺寸有很大的影响，它可能决定了压裂的成功或失败。

岩石力学性质可通过取心在实验室测试，由于储层岩石的非均质性、地面与储层条件的差异，测试结果与实际情况有一定出入。

现场常用长源距声波测井结合密度测井计算岩石弹性模量和泊松比。

但长源距声波测井得到的是动态值，而在压裂作业中使用静态值更合理。

由地面压裂施工压力资料反求储层岩石力学参数分析作者：罗永忠来源：《中国新技术新产品》2014年第01期摘要：本研究利用泊松比确定最小水平主应力的计算公式，得到最小主应力发展曲线。

经过相关计算方法的验证，这种计算储层岩石力学参数的新方法简单方便，计算结果准确可靠，在现场施工中有推广使用的价值。

不但能够对压裂进行实时的分析，并且能够用于压后的评估分析中，因此这种方法对于提升压裂设计水平具有重要意义。

关键词：地面压裂施工；岩石力学参数；压裂设计；净压力；瞬时停泵中图分类号：TE12 文献标识码：A在就地条件下的岩石力学参数中，包含杨氏模量、泊松比等，这些参数对压裂设计产生直接的影响。

不同岩石力学参数以及参数之间的相互关系对造缝宽度大小、裂缝是否脱砂、砂液比高低、支撑剂类型选择、支撑剂嵌入程度及其它相关工艺参数的选择都会产生直接的影响。

对就地条件下的岩石力学参数进行求取时，常规的方法是室内三轴岩芯试验及3700系列测井资料解释等。

这两种方法中，室内三轴岩芯试验结果相对比较可靠，但是需要花费大量的时间和精力，试验费用也比较高，不可能用于每一口井的测试；测井资料解释的结果通常都会偏高，可靠性相对比较低，由于费用也比较高，对每一口井进行测试也不现实。

1 对井底压力进行求取的方法由于常规的方法耗时耗力，且成本较高，需要一种简单方便、价格低廉、结果可靠的方法来计算储层岩石力学参数。

尤其是在当前，压裂主要面对的是比较难开采的一些矿藏，由于这部分矿藏开采难度大，经济效益低，因此对各种资料的录取中不可能花费过多的经费，这其中就包含岩石力学资料。

所以，怎样从压裂施工本身来提取有效的信息，反应出储层岩石力学的特点，是科研人员需要解决的难题。

基于地面压裂施工及瞬时停泵压力资料，对岩石力学参数求取的方法进行初步探索。

经过实践证明，该方法对于压裂设计水平的提高以及开采低渗难采储量方面的经济效益的提高都有显著的效果。

进行井底压力求取的时候，首先要对井底施工压力大小进行正确的确定，保证了对裂缝延伸发展以及储层特点的分析与评估。

岩石注浆中的压裂效应研究
岩石注浆压裂技术是一种新型挤压灌注技术，它可以将水加入岩石内部，再通过内部的压力使岩石发生裂缝和冲击增大裂缝。

这种技术可以有效提高岩溶以及页岩等岩石的储量，实现抽油和开采。

岩石注浆压裂技术不仅提高了储量，而且还可以改善储层条件，使油气藏获得较好的产出效果。

岩石注浆压裂技术的研究要求首先了解岩石注浆压裂过程中的物理和力学属性，包括岩石孔隙结构、岩石强度、岩石体积变化和注入媒介的流动特性、热力学和力学行为等。

研究发现，注入媒介的粘度、压力和流量对岩石注浆压裂效果具有重要影响，而岩石的力学性质和孔隙结构则是决定最终压裂效果的重要因素。

此外，在岩石注浆压裂过程中，还可能出现水力压裂、渗流和热效应等复杂现象，因此，还有必要研究压裂结果的变化和机理等问题。

岩石压裂实验研究综述
岩石压裂是一种常见的地质现象，也是一种重要的工程现象。

近年来，随着石油、天然气等资源的需求日益增加，岩石压裂技术的研究和应用也变得越来越重要。

本文将综述近年来岩石压裂实验研究的进展和应用情况。

首先，岩石压裂实验的目的是为了研究岩石在不同条件下的破裂过程及规律。

实验方法包括室内实验和野外实验。

室内实验通常采用岩石力学试验机进行，可以模拟各种力学条件下的压裂过程。

野外实验则通常采用地震勘探仪器等技术，对实际地质情况进行观测和分析。

其次，岩石压裂实验的研究内容主要包括以下几个方面：岩石力学性质、压裂过程中的断裂形态和演化规律、岩石渗透性变化及其对水文地质环境的影响等。

除此之外，还有针对不同类型岩石和不同压裂条件的实验研究，以及岩石压裂技术的应用研究。

最后，岩石压裂技术在石油、天然气等领域的应用越来越广泛。

通过岩石压裂技术，可以开发和利用更多的能源资源，同时也为相关领域的科学研究提供了有力的支持。

然而，岩石压裂技术的应用也存在一些问题，如地震风险、水文地质环境变化等，需要进一步加强研究和管理。

总之，岩石压裂实验研究是一个复杂而重要的领域，需要多学科的综合研究和应用。

希望未来能够有更多的工作和成果，推动岩石压裂技术的发展和应用。