鲕粒灰岩渗透率非线性有效应力研究

To obtain the microstructure of the different kinds of oolotic limestones, the mineral components, diagenesis and pore distribution characteristics of the oolitic limestones are analyzed with the application of the Scanning Electron Microscope and Slice Thin Section, et al., and then the suitable thoeritical model is estabilieshed to calculate the nonlinear effective pressure for permeability in oolitic limestones. Moreover, permeability data of the typtical oolitic limestones, at different confining pressures and pore pressures, are collected with the new experimental test method, and with the data processed, the relationship between permeability vs confining pressure and pore pressure can be converted into the relationship between permeability and effective pressure. At the meantime, the relationships between effective pressure and the single parameter in oolitic limestones are determined through the thoertical and experimental studies. On the basis of the matrix grain and oolitic’ elastic parameters obtained from the micro-hardness test and previous studies, the effecitve pressures for permeability of the samples with different pore types, mineral composition and elastic parameters can be calculated. In the comparison with the experimetal results, the elastic parameter selected and the theoritical model calculating effective pressure in oolitic limestones are validated, providing new testing methods and theoretical basis for the researches of the effective pressrure for permeability and the raltionship between permeability vs confining pressures and pore pressures.

基于鲕粒灰岩的扫描电镜与铸体薄片鉴定等实验，分析其矿物组成、成岩作用和孔隙分布特征，研究不同类型鲕粒灰岩的微观结构，建立适合鲕粒灰岩渗透率非线性有效应力计算模型。用新的渗透率有效应力实验测试和数据分析方法，测定典型鲕粒灰岩在不同围压下循环孔压时的渗透率，并将渗透率与围压和孔压的关系转换成有效应力与渗透率的关系；同时，结合理论研究鲕粒灰岩的有效应力与围压和孔压线性组合的关系。依据代表性鲕粒灰岩微硬度测试以及以往文献中获取的骨架颗粒与鲕粒的弹性参数及其变化关系，计算孔隙类型、矿物组成和弹性参数影响下样品的渗透率有效应力；同时与实验测试得到的渗透率有效应力进行对比，进一步分析研究选取的弹性参数的合理性和有效应力计算模型对鲕粒灰岩的适应性，为鲕粒灰岩渗透率有效应力和渗透率随围压与孔压的变化关系的研究提供新的实验测试手段和理论计算依据。

鲕粒灰岩是最为常见的碳酸盐岩储层岩石之一，其渗透率却难以用线性有效应力确定。在讨论了有效应力概念的基础上，设计并实施了两种非线性有效应力实验，一种是恒定围压下变孔隙流体压力，另外一种是恒定围压与孔隙流体压力差值下变孔隙流体压力，且测定的孔隙流体压力最小值接近大气压；为避免流体与岩石间的化学反应，气体被用于实验流体，实验结果表明测定的气体渗透率在低孔隙流体压力下受气体滑脱效应的影响，在高孔隙流体压力下气体渗透率与绝对渗透率相等且受有效应力的控制。用新提出的简单的非线性有效应力计算方法分析到了有效应力系数，有效应力系数不是1.0的常数，而是围压与孔隙流体压力差值的函数，表现出了与围压和孔隙流体压力间的简单线性关系，所研究岩样的有效应力具有非线性特征。同时，基于岩石的微观孔隙结构，建立与推导了双组份裂缝岩石模型，计算结果发现有效应力系数受岩石中易于压缩组成和裂缝的影响较大，与实验观察结果一致。此外，对比分析以往的研究结果发现岩样制备和实验流体的选择将会影响有效应力的实验结果。最后，结合渗透率与有效应力间的经验模型和理论模型分析到了应力敏感性参数的物理意义，初步提出了应力敏感性的划分标准。项目研究成果有助于建立科学合理的非线性有效应力实验方案，使实验更能真实地模拟地层条件下岩石渗透率的变化，为数值模拟的研究提供可靠的基础数据，进而客观地评价和研究鲕粒灰岩储层的应力敏感性。同时，也进一步加深了对非线性有效应力的认识。