[發(fā)明專利]一種基于孔隙壓縮實驗確定巖石有效應(yīng)力系數(shù)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410320028.3
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104089823A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 申潁浩;葛洪魁;欒國華;王小瓊;楊柳;李曹雄;任凱;陳浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（北京）
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N15/08
• 代理公司: 北京馳納智財知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 孫海波;郭平平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于油田鉆井技術(shù)領(lǐng)域，涉及巖石力學(xué)系數(shù)的確定方法，尤其涉及一種基于孔隙壓縮實驗確定巖石有效應(yīng)力系數(shù)的方法。

背景技術(shù)

在各類工程設(shè)計、施工、采礦、石油鉆井等領(lǐng)域中，巖石力學(xué)參數(shù)的確定是制定鉆井、完井與油氣開發(fā)和施工措施的重要依據(jù)。尤其在石油鉆井領(lǐng)域中，砂巖油藏儲層多孔介質(zhì)巖石有效應(yīng)力系數(shù)的確定更為重要，它直接影響著多孔介質(zhì)巖石骨架承受的有效應(yīng)力的合理預(yù)測。巖石力學(xué)參數(shù)的合理確定最終影響著油田整體方案的設(shè)計，進(jìn)而影響油田的開采量。

多孔介質(zhì)巖石有效應(yīng)力系數(shù)是巖土力學(xué)、滲流力學(xué)領(lǐng)域中的重要計算參數(shù)，用來確定多孔介質(zhì)巖石骨架承受的有效應(yīng)力。近百年來，眾多研究學(xué)者提出了多種確定多孔介質(zhì)巖石有效應(yīng)力系數(shù)的計算方法和經(jīng)驗公式。1928年，Hoffman在論文中將有效應(yīng)力系數(shù)簡單地取作多孔介質(zhì)的孔隙度；1954年，Skempton和Bishop提出了與膠結(jié)程度有關(guān)的有效應(yīng)力的計算公式；1957年，Geertsma提出的有效應(yīng)力系數(shù)考慮了固體材料與多孔介質(zhì)之間的差別并通過骨架顆粒和多孔介質(zhì)的壓縮系數(shù)進(jìn)行表述；1969年，Suklje提出了考慮到有骨架顆粒材料、多孔介質(zhì)的壓縮系數(shù)及孔隙度影響的有效應(yīng)力的計算公式。2000年，國內(nèi)一些學(xué)者通過對有效應(yīng)力進(jìn)行研究，提出了多孔介質(zhì)的本體有效應(yīng)力和結(jié)構(gòu)有效應(yīng)力的概念，在此基礎(chǔ)上給出了計算雙重有效應(yīng)力的計算公式；另有一些學(xué)者通過引入多項巖石力學(xué)參數(shù)推導(dǎo)有效應(yīng)力系數(shù)的計算公式；還有一些學(xué)者根據(jù)Warpinski模型，應(yīng)用最大似然函數(shù)法確定有效應(yīng)力系數(shù)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)三軸應(yīng)力巖心在“封套”、“無封套”情況下的彈性模量參數(shù)的計算方法，推導(dǎo)出多孔介質(zhì)有效應(yīng)力系數(shù)的計算公式為式中，K_fr—巖石骨架的體積模量，單位為Mpa^-1；K_s—固體材料的體積模量，單位為Mpa^-1；η—多孔介質(zhì)巖石的有效應(yīng)力系數(shù)。應(yīng)用此公式計算多孔介質(zhì)巖石的有效應(yīng)力系數(shù)需要采用迭代的方法計算得到，計算過程比較復(fù)雜。

在現(xiàn)有技術(shù)中，用Warpinski模型描述滲透率與圍壓和內(nèi)壓的關(guān)系，推導(dǎo)出有效應(yīng)力系數(shù)的計算公式為公式中的系數(shù)a_i可以用最大似然函數(shù)法擬合計算得到。應(yīng)用最大似然函數(shù)法確定多孔介質(zhì)的有效應(yīng)力系數(shù)，首先需要根據(jù)確定的轉(zhuǎn)換系數(shù)對滲透率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再擬合轉(zhuǎn)換后的滲透率，計算精度比較差。

對于砂巖油藏儲層多孔介質(zhì)巖石來說，能夠利用現(xiàn)有的測定巖心滲透率的實驗條件，快速、精確地開展有效應(yīng)力系數(shù)的測定是眾多實驗人員非常關(guān)心的問題。現(xiàn)有的有效應(yīng)力系數(shù)的計算測定方法，大多適用于地表巖土力學(xué)的研究領(lǐng)域，計算結(jié)果可能造成的誤差較大，其計算公式復(fù)雜且需要開展大量的實驗及計算工作，不能滿足快速、精確地確定砂巖油藏儲層多孔介質(zhì)巖石的有效應(yīng)力系數(shù)的需要。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于孔隙壓縮實驗確定巖石有效應(yīng)力系數(shù)的方法，尤其適用于確定砂巖油藏儲層多孔介質(zhì)巖石有效應(yīng)力系數(shù)。其目的是：在一定儲層流體壓力的條件下，應(yīng)用流體(既可以是儲層流體，也可以是室內(nèi)配置的性質(zhì)穩(wěn)定的實驗流體)確定砂巖油藏儲層多孔介質(zhì)巖石有效應(yīng)力系數(shù)的方法，實現(xiàn)對一定儲層流體壓力下巖石有效應(yīng)力系數(shù)的精確測量。該方法可以結(jié)合現(xiàn)有滲流力學(xué)領(lǐng)域的實驗設(shè)備，克服目前有效應(yīng)力系數(shù)實驗計算方法繁瑣、復(fù)雜、誤差較大的缺點，實現(xiàn)儲層有效應(yīng)力系數(shù)的快速、精確測量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于孔隙壓縮實驗確定巖石有效應(yīng)力系數(shù)的方法，其按照先后順序包括以下步驟：

(1)在同一巖石的同一方向上選取巖心，并測定巖心的物理性質(zhì)參數(shù)；

巖心的形狀為圓柱體，選取的巖心的物理性質(zhì)相似，需要測定的基本物理性質(zhì)參數(shù)包括滲透率、孔隙度等。

(2)將巖心抽真空飽和流體，留取其中一個飽和巖心備用，剩余的飽和巖心在維持孔隙壓力為室壓的情況下，逐漸增加三軸圍壓，測定加壓過程中由于孔隙體積減小而排出的流體體積，確定巖石孔隙壓縮系數(shù)C_p；

利用真空系統(tǒng)對巖心進(jìn)行抽真空飽和處理，首先對巖心進(jìn)行抽真空處理，去除巖心樣塊內(nèi)部的雜氣，然后在真空狀態(tài)下加入一定規(guī)格的流體進(jìn)行浸泡，讓巖心充分吸收，為了加快吸收速率，在浸泡過程中，對巖心和流體施加一定的外壓，其外壓根據(jù)巖心疏松和致密程度而定。

所述流體為標(biāo)準(zhǔn)鹽水。對巖心施加的三軸圍壓越大，巖心的孔隙體積減小越多，從而排出的流體體積也越大。