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[技术讨论]对Hall(1953)有效岩石压缩系数与孔隙度变化曲线的理解 [复制链接]

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离线smartdou
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只看该作者 40楼 发表于: 2012-12-04 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
        压实是绝对的,而压缩是相对的。压实伴随在整个压力系统中,从沉积压实成藏到油藏投入开发压实一直都发生着。同样,压缩也伴随整个压力系统的变化过程。由于压缩一直发生着,才出现了压实现象,油气采出的过程就是岩石再压实的过程。
        岩石(通常我们所言的岩石是具有胶结的矿物和矿物颗粒间的孔隙的统称,孔隙中有流体)在较短时间在力的作用下,岩石的体积及形状都发生变化,在弹性范围内的变形我们采用“弹性力学”理论来研究。岩石的应变或者应变速率依赖于应力、温度、时间等因素。本构关系为
                     ε(或ε')=f(σ ,T, t,......)
        岩石在弹性范围被压缩,其岩石的力学性质和物理性质都发生了变化,孔隙度和渗透率都降低,而油藏开发过程岩石一直处于“压缩”状态。
        由于岩石是由固体骨架和孔隙流体组成的两相体,孔隙压力和其流体均对岩石的变形具有较大影响。岩石在较长时间的有效应力作用下,岩石就表现出了一种与时间相关的“蠕变”特性。如果岩石达到稳态蠕变,岩石的应变不可恢复,当有效压力足够高时,就会导致岩石骨架破碎,进而使孔隙度发生较大改变。岩石物理学家MIT获得博士学位的布雷斯(W.F.Brace)认为:岩石在高的有效应力作用下,岩石破坏之前会发生“膨胀现象”岩石在有效应力作用下,内部会产生微裂缝,体积发生膨胀,改变了孔隙体积,使得由基质和孔隙组成的两相体的岩石的物理、力学性质均发生变化。何来“本体变形过程中的孔隙度不变性原则”?


离线树袋熊
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只看该作者 41楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
请各位高手冷静的探讨科学问题,真理与谬误只能是越辩越明了,有些观点或理论是需要一代人甚至几代人去研究去证实的,请高手们仅就科学问题提出自己的观点,不要掺杂攻击性言语,和平探讨,不要让火药味十足啊,呵呵
长期从事压裂酸化、天然气开采相关科研及现场应用推广工作
离线halimeda
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只看该作者 42楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
回 树袋熊 的帖子
树袋熊:请各位高手冷静的探讨科学问题,真理与谬误只能是越辩越明了,有些观点或理论是需要一代人甚至几代人去研究去证实的,请高手们仅就科学问题提出自己的观点,不要掺杂攻击性言语,和平探讨,不要让火药味十足啊,呵呵 (2012-12-05 10:05)

树袋熊版主所言极是!敬请就探讨的焦点问题给予学术性的论述。
Thin section, thinking reflection
离线halimeda
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只看该作者 43楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
我简单的把探讨的焦点问题抽提下,请大家结合Hall曲线探讨以下问题:

油气藏开发过程中,在上覆地层压力不变,也不会发生地层沉降和层内垮塌的条件约束下,即不考虑压实变形,探讨孔隙体积压缩及其与孔隙度的关系问题。

我先抛砖引玉:


如图A、B为简单致密砂岩储层模型。
A代表砂岩油层储层初始状态,孔隙内流体初始压力为P0,孔隙度Φ0.
B代表A油层在油藏产出一定时间后状态,孔隙内流体初始压力降低至P,孔隙度为Φ。

假设砂岩胶结好,水平方向无构造挤压应力,也完全不考虑破裂和颗粒垮塌、重新排列等压实变形。

我个人认为在此过程中粒间孔隙的压缩机制主要是:在孔隙压力降低时引起了颗粒向孔隙方向发生弹塑性恢复或所谓的膨胀(expansion)。
如图B所示,颗粒恢复的量是两个作用叠加。一是横向上颗粒在孔隙部位自然恢复(已假设无水平外力作用),二是在垂向因地层载荷与孔隙流体压力平衡打破后产生了有效应力差形成了有效的骨架应力,骨架应力导致颗粒在孔隙部位受力伸展,而在颗粒接触部位伸展受限而保持不变(已假设不发生破裂变形等),所以伸展量也叠加到了孔隙部位。

根据上述假设,我认为李教授贴出的颗粒压缩模型需要商榷。因为李教授模型“压缩”前后对比,颗粒体积在四周都发生了压缩变小,可能与地质条件不符。在此模型条件下也得到需要商榷的“孔隙度不变原则”。根据图A、B对比,地层不发生变形垮塌,所以储层外观体积可视为不变,因此孔隙度将会减小。

补充:为直观,图B中颗粒膨胀回复量比例比较夸张。





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在线cllipe
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只看该作者 44楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
回楼上,你假定外观体积不变肯定是不对的,内压降低后,外压不变,骨架应力必然增加,骨架就会被压缩,外观体积就会跟着减小。
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只看该作者 45楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
回 cllipe 的帖子
cllipe:回楼上,你假定外观体积不变肯定是不对的,内压降低后,外压不变,骨架应力必然增加,骨架就会被压缩,外观体积就会跟着减小。 (2012-12-05 12:18)

嗯,系统考虑压实变形的话外观体积肯定会变小。我假定了砂岩胶结好,对压实的支撑能力强,压实不引起外观变形。
如果骨架应力导致了外观体积变形,那我认为压实作用已经发生了。如果压实作用发生,就不能单独考虑颗粒压缩来理解Hall曲线。
Hall在文中描述流体排出时用了compaction,而不是compression。




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只看该作者 46楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
回 halimeda 的帖子
halimeda:嗯,系统考虑压实变形的话外观体积肯定会变小。我假定了砂岩胶结好,对压实的支撑能力强,压实不引起外观变形。
如果骨架应力导致了外观体积变形,那我认为压实作用已经发生了。如果压实作用发生,就不能单独考虑颗粒压缩来理解Hall曲线。
Hall在文中用了描述流体排出时用了compa .. (2012-12-05 12:25) 

骨架颗粒压缩导致的岩石变形不是压实变形,而是压缩变形,颗粒重排导致的岩石变形才叫压实变形。骨架应力变化了,必然会产生变形。骨架压缩了,岩石外观体积能不压缩吗?
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只看该作者 47楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
回 cllipe 的帖子
cllipe:骨架颗粒压缩导致的岩石变形不是压实变形,而是压缩变形,颗粒重排导致的岩石变形才叫压实变形。骨架应力变化了,必然会产生变形。骨架压缩了,岩石外观体积能不压缩吗? (2012-12-05 13:06)

对于致密砂岩,不考虑压实变形前提下,在一定压力变化条件下颗粒的位置和排列方式是基本不变的,如果垂向产生了有效骨架应力,对李教授说的压缩变形,我认为主要在颗粒的孔隙部位产生“压缩效应”即颗粒膨胀恢复和挤压变形,其结果主要是使孔隙度有一定的减小,对外观体积影响很有限。


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只看该作者 48楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
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halimeda:对于致密砂岩,不考虑压实变形前提下,在一定压力变化条件下颗粒的位置和排列方式是基本不变的,如果垂向产生了有效骨架应力,对李教授说的压缩变形,我认为主要在颗粒的孔隙部位产生“压缩效应”即颗粒膨胀恢复和挤压变形,其结果主要是使孔隙度有一定的减小,对外观体积影响很 .. (2012-12-05 13:25) 

应该不是这样,骨架应力是增加的,因此整体上是压缩的,不会膨胀。不能把矿物颗粒想象成面团似的塑性材料,实际上它很坚硬,属于弹性材料,尤其是在室内实验中只有弹性变形,没有塑性变形。
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只看该作者 49楼 发表于: 2012-12-05 | 石油求职招聘就上: 阿果石油英才网
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cllipe:应该不是这样,骨架应力是增加的,因此整体上是压缩的,不会膨胀。不能把矿物颗粒想象成面团似的塑性材料,实际上它很坚硬,属于弹性材料,尤其是在室内实验中只有弹性变形,没有塑性变形。 (2012-12-05 13:34)

呵呵!我所指的膨胀,意思就是岩石颗粒在孔隙压力降低后的弹性恢复(当然也不完全是弹性)。正是因为我们讨论的岩石是可视为由弹性材料组成。那对这种坚硬、弹性岩石的骨架颗粒,不考虑颗粒破碎,那弹性压缩量是很低的,主要是弹性变形(变形量也很低),变形位置是在孔隙部位的开放空间。所以不会出现我前面帖子那种塑性材料模型压缩情况。
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