激光射孔破岩储层岩石物理性质变化的规律

激光破岩是国际石油勘探开发领域的重大前瞻性基础理论课题，它的突破将为油气田开发、钻井和地质钻探等学科带来崭新的发展空间。本项目：（1）拟采用新的组合脉冲波形破岩方案对典型储层岩样进行激光射孔破岩分组实验，研究岩石微观孔隙结构特征的变化，建立孔隙度、渗透率和孔喉半径等微观物性参数与激光工作参数之间联系的数学模型。（2）对岩样进行宏观物理特性参数的测试分析，建立岩石宏观物理参数与激光器工作参数之间的关系模型。结合激光射孔破岩中岩石宏观裂纹的扩展特征，建立热裂纹起裂的临界条件。（3）岩石的热效应是引起岩石微观和宏观物理性质变化的根本因素，通过对激光射孔破岩温度场的精确数值模拟，构建描述储层岩石微观和宏观物理特性参数与温度场之间关系的数学模型，揭示储层岩石物理性质变化的内在规律。本项目是对Keshavarzi R等人研究的深入，将促进激光破岩基础科学理论的完善，有望获得国际领先的创新成果。

项目的背景：本项目“激光射孔破岩储层岩石物理性质变化的规律”是激光技术与石油钻井工程学科的创新结合与交叉渗透，它是石油勘探开发领域的一项具有重大前瞻性基础理论课题，它的突破将为油气田开发、钻井和地质钻探等学科带来崭新的发展空间。.主要研究内容：以塔河油田6区深井（5500-6000m井段）砂岩储层为基础，重点研究激光破岩过程中：（1）弹性模量、泊松比、热膨胀系数等物性参数与温度的变化规律；（2）激光破岩的温度场与应力场的耦合关系；（3）激光破岩的井壁稳定性。.重要结果：（1）砂岩的弹性模量随温度的增加呈近似线性的下降趋势。（2）砂岩的泊松比随温度的增加呈近似U性的下凹抛物线趋势，其中，谷点在250℃～700℃区间。（3）砂岩的软化温度为800~900℃，超过此临界温度，其单轴抗压强度急剧下降。（4）激光破岩热影响区温度场T随着井眼中心距离r变化的半衰期为4*ro（ro为井眼半径）。（5）由建立的激光破岩井壁稳定性的判据知，激光钻井破岩宜采用小井眼技术，且激光钻井破岩维持储层井壁稳定性的极限井眼尺寸随着井深的增加而减少。.关键数据：1. 关于砂岩的弹性模量。（1）当温度为0~400℃时，砂岩的弹性模量随温度的上升而下降，即其平均弹性模量由常温的36.41GPa下降为25.46GPa，降幅达30.07%；（2）600℃～1000℃，砂岩的平均弹性模量为18.45GPa，相比常温降幅达49.33%；（3）1200℃后，砂岩的平均弹性模量为1.83 GPa ，仅为常温的5.03%。2. 关于砂岩的泊松比。（1）当在谷点温度250℃～700℃时，泊松比的谷底值为0.066-0.122；（2）当温度≤250℃或≥700℃时，泊松比的平台值为2.66-3.52。 3.砂岩的热膨胀系数随温度的增加呈近似Δ形的上凸曲线变化，峰点在600℃附近，最大峰值为4.9*E-5 m/℃。4.当温度低于砂岩的软化温度800℃时，砂岩的单轴抗压强度为150-160MPa。砂岩三轴抗压强度随着围压的增加而增加，其内聚力C=15.10MPa，砂岩的内摩擦角=40.19。.科学意义：揭示了激光破岩过程中，砂岩储层弹性模量、泊松比、热膨胀系数等物性参数与温度的变化规律，建立了激光破岩的温度场和围压等因素对井壁稳定性的影响关系，为评价激光破岩的钻深能力和未来的深入研究奠定了基础。