岩石力学参数对裂缝发育程度的影响.pdf

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1、第2O卷第4期地质力学学报Vo1．2ONO．42014年12月JOURNALOFGEOMECHANICSDec．2Ol4文章编号：1006~616(2014)04-0372-07岩石力学参数对裂缝发育程度的影响岳喜伟，戴俊生，王珂(中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580)摘要：弹性模量(E)、泊松比(／x)及密度(P)是岩石的重要力学参数，当其他条件一致时，在一定程度上影响着裂缝的发育。以塔里木盆地某气田为研究区，在造缝期古应力场分析的基础上，利用储层裂缝数值模拟技术，计算得到储层裂缝孔隙度；再以裂缝孔隙度为指

2、标，分析岩石力学参数对裂缝发育程度的影响。研究结果表明，裂缝孔隙度随弹性模量的增加而增大，同等应力条件下，弹性模量越大，裂缝孔隙度越高，破裂程度越大；泊松比小于0．2时，裂缝孔隙度随泊松比增加而逐渐下降；泊松比超过0．2后，裂缝孔隙度随泊松比增加而逐渐增大；岩石密度对裂缝孔隙度的影响不大，基本上可以忽略。关键词：弹性模量；泊松比；密度；裂缝孔隙度；数值模拟中图分类号：TU454文献标识码：A储层构造裂缝是油气田勘探开发的重要研究内容。储层中的裂缝，既可以作为油气储集空间，又可以作为油气运移通道，同时有利于油气的开采。影响裂缝

3、发育的主要因素有岩性、成岩因素、构造作用、构造部位(断层、褶皱)、地应力强度、层厚、深度等，另外构造应力场以及地层条件下的岩石力学性质对裂缝发育的影响尤为重要。能够表明岩石基本力学性质的岩石力学参数有抗压强度、抗剪强度、弹性模量(E)、泊松比(／x)等。岩石力学参数可以揭示地质历史时期裂缝成因类型、空间分布和裂缝形成的力学机理，一定程度上反映了裂缝的发育程度。不同类型、不同环境下的岩石具有不同的岩石力学参数⋯，在同等条件下岩石裂缝的发育情况必然会有所不同。关于岩石力学参数对裂缝发育影响的研究并不多见。在各项岩石力学参数中，弹

4、性模量(E)和泊松比()是2个表征岩石力学性质的重要力学参数；另外岩石密度(P)是表示岩石物理性质的一项重要参数，随着深度增加岩石密度有增大的趋势。因此本文选用弹性模量、泊松比及岩石密度等3个重要参数，以塔里木盆地某气田为背景，利用ANSYS有限元软件并结合储层裂缝数值模拟技术，研究岩石力学参数对裂缝发育的影响。1造缝期古应力场研究区位于塔里木盆地库车坳陷北部克拉苏构造带中部，是在喜马拉雅晚期构造运动背收稿日期：2014-08-05基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05042-001)；“中西

5、部前陆盆地构造地质、储层特征有利区评价”(2011ZX05003-04)作者简介：岳喜伟(1990一)，男，硕士研究生，主要从事构造地质学研究。E-mail：yxw08016103@163．eom第4期岳喜伟等：岩石力学参数对裂缝发育程度的影响375速率不同，差异的产生主要是因为构造位置不同。弹性模量越大，表明岩石的弹脆性特征越强，在受到同等应力条件时更容易产生破裂，形成大量裂缝。本区测井解释B井目的层杨氏模量平均约为62GPa，模拟所得孔隙度为0．3％，裂缝较为发育。通过对岩心观察分析，发现A井泥质细砂岩比细砂岩(含泥砾)

6、裂缝发育，测井解释得到的泥质细砂岩弹性模量为59．9GPa，细砂岩(含泥砾)弹性模量为59．2GPa；B井泥质细砂岩比泥岩裂缝发育，经过岩石力学实验所测得的泥质细砂岩弹性模量为129．7GPa，泥岩弹性模量为49．27GPa，对比结果也在一定程度上反映了图3所示曲线关系。2．2泊松比对裂缝发育的影响大多数岩石的泊松比在0．1～0．4。受岩性、岩石矿物组成、微结构面等多种因素影响，不同岩性地层的泊松比差异明显。根据裂缝数值模拟所得孔隙度数据，拟合出A、B、C等3井点的裂缝孔隙度随泊松比变化的曲线图(见图4)。篮图4裂缝孔隙度随

7、泊松比变化曲线Fig．4CurvediagramoffractureporositychangeswithPoissonSratio由拟合曲线可以看出，裂缝孑L隙度在泊松比为0．2时出现了极小值，向两侧随着泊松比的减小和增大，裂缝孔隙度均逐渐增加。在0．1～0．2区间孔隙度的变化率较大，在0．2～0．4区间孔隙度变化率相对较小。本区B井测井解释平均泊松比在0．25左右，对应图4中裂缝孔隙度约为0．16％。由于模型赋予的弹性模量为45GPa，比实际要小，造成裂缝孔隙度相对较小。通过岩心观察，发现A井泥质细砂岩比细砂岩(含泥砾)

8、裂缝发育，岩石力学实验测得的泥质细砂岩泊松比为0．1、细砂岩(含泥砾)白松比为0．22；B井泥质细砂岩比泥岩裂缝发育程度高，经过岩石力学参数实验测得的泥质细砂岩泊松比为0．11、泥岩泊松比为0．13。这一结果也从一定程度上反映了图4所示曲线关系。2．3密度对裂缝发育的影响通过裂缝数值模拟所