三轴条件下不同岩性岩石动静态力学参数特征试验分析-论文.pdf

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1、第15卷第19期2015年7月科学技术与工程Vo1．15No．19Ju1．20151671—1815(2015)19—0058—06ScienceTechnologyandEngineering⑥2015Sci．Tech．Engrg．地球科学三轴条件下不同岩性岩石动静态力学参数特征试验分析赵冬丁文龙梅永贵尹帅刘忠赵威(中国地质大学能源学院，海相储层演化与油气富集机理教育部重点试验室，页岩气资源战略评价国土资源部重点试验室，北京100083；中国石油华北油田山西煤层气勘探开发分公司，晋城048000)摘要基于室内三轴测试获得地层条件下6种岩性岩石(深层

2、长石岩屑砂岩、硬石膏质泥岩、泥质硬石膏岩、中深层岩屑砂岩、泥页岩及煤岩)声学及力学参数数据，对岩石物性、静态力学参数及动态声学参数间关系进行了研究。结果表明：不同岩性岩石密度与动静态力学参数间关系好于孔隙度，岩石密度与间相关性好于；岩石密度、孔隙度或纵横波波速与杨氏模量的关系好于泊松比；动态／与岩石孔缝及物性具有一定相关性。所测试6种岩性岩石中，由于泥质硬石膏岩密度大且致密，其动静态杨氏模量大体相当。其他各类岩性岩石动态杨氏模量值均大于静态值，平均约大30．5％；硬石膏质泥岩、泥质硬石膏岩和中深层岩屑砂岩的动态泊松比值略大于静态值，深层长石岩屑砂岩、

3、泥页岩及煤岩的动态泊松比值略小于静态值，但动静态泊松比绝对差值不大。关键词三轴条件不同岩性物性静态力学参数动态声学参数杨氏模量泊松比中图法分类号P584；文献标志码A三轴条件下岩石动静态力学参数特征研究，主1样品信息及试验设计要包括岩石声学及静态力学方面研究u，，该研究对建立单井力学参数剖面、井壁稳定性、地应力研究所取测试样品按地层、埋深和岩性主要分为6及后期物理一力学模拟都具有重要参考价值。对组：深层长石岩屑砂岩(志留系)、硬石膏质泥岩(古于不同埋深及不同岩性地层岩石而言，其所处应力近系)、泥质硬石膏岩(古近系)、中深层岩屑砂岩环境各不相同，具有不

4、同的动静态力学参数特征，因(三叠系)、泥页岩(三叠系)及煤岩(石炭系构造此设置不同三轴测试环境对模拟地层条件下岩石力煤)。按不同埋深和压力系数模拟地层条件下应力学性质来说尤为重要J。同时，地层随埋深变化环境，所设置有效围压分别为：65MPa、5OMPa、50本身就具有不同岩性分层，因此将不同岩性地层作MPa、32MPa、32MPa及20MPa。样品均饱和地层为整体来研究岩石动静态力学参数变化趋势能克服水，力学测试采用MTS岩石物理测试系统，声学测岩性单一的不足J。另外，在评价中，若样品尺寸、试频率为1MHz。测试仪器或测试声频具有不同，则会因尺寸效应

5、或6组测试样品物性特征见图1，从图中可以看系统误差造成评价结果的差异j。测试样品均为出，所取煤样密度较低，分布在1．4～1．6g／cm之同一尺寸(25mm×50mm)，测试仪器及加载测试问。测试构造煤天然微裂缝较发育，孑L隙度相对较方法均完全相同，同步开展不同类型岩石样品力学高；其他5类岩性岩石孑L隙度一般低于10％，随孑L与声学参数同步测试试验，所获得的数据可对比隙度增加，密度有降低的趋势。性强从图1可以看出，深层长石岩屑石英砂岩物性要好于中深层岩屑砂岩；泥质硬石膏岩主要成分为2015年1月16日收到国家自然科学基金面上项目无水硬石膏，具有高密度及

6、低孔隙度的特征，而硬石(41372139、41072098)和国家科技重大专项膏质泥岩主要成分为泥质，其孔隙度相对高一些，密(2011ZX05018-00102、2011ZX05009_002-205)资助度相对低一些；泥页岩为湖相沉积，历史期经历强压第一作者简介：赵冬(1989～)，男，硕士研究生。研究方向：油气构造及裂缝。实，密度较大，物性较差。通信作者简介：丁文龙(1965一)，男，教授，博士生导师。研究方设计试验方案，应用力学与声学同测技术开展向：石油构造分析与控油作用、页岩气构造和裂缝及其与含气量关试验测试。具体方案为：首先以约0．05MP

7、a／s速率系。E—mail：zdcugb@126．com。加载围压，加至一较低的初始值，然后以约0．219期赵冬，等：三轴条件下不同岩性岩石动静态力学参数特征试验分析59超过2．5g／em时，岩石杨氏模量出现急剧增加。对于不同沉积岩石而言，岩石密度往往小于3cm，岩石密度越大，代表岩石内部颗粒问挤压固结程度越高，因而杨氏模量急剧升高。同时，从图2还毒可以看出，随着岩石密度的增加，岩石的泊松比具有梅降低的趋势。这是因为，密度相对低的岩石如煤岩，其刚度或杨氏模量值低，地层应力环境及饱和地层水条件下呈韧性，能够发生一定塑性应变，因而具有较高泊松比值。随着岩

8、石密度的增加，岩石刚度逐渐变大，可压缩性变差，应变曲线越发陡直，表现为图1不同岩性岩石物性特征泊松比相对较低