鄂西渝东地区盖层泥岩抬升破裂试验研究

摘要

鄂西渝东区域富含页岩气资源，是南方重点勘探区域。由于该区域经历的复杂地质构造运动，尤其是气藏形成之后的抬升剥蚀运动，导致盖层泥岩破坏，封闭失效，油气勘探工作经历过多失利。因此，充分认识抬升剥蚀导致区域构造变形模式，掌握抬升剥蚀导致盖层泥岩破裂失效机理，揭示盖层泥岩裂纹起裂扩展规律，对加快我国复杂区域的油气勘探开发步伐具有重要意义。针对鄂西渝东区域泥岩盖层抬升破裂的原因及泥岩裂纹起裂扩展问题，开展野外地质勘查、室内试验模拟、理论分析以及数值模拟研究。
　　通过分析区域构造剖面，区域在经历挤压构造运动后产生不协调变形，不同构造及同一构造不同部位的变形强度均不相同。岩层变形的不协调导致区域产生差异抬升。沉积于不同地质年代的岩层是产生变形不协调的物质基础，运用单轴压缩、直接剪切试验、巴西劈裂试验得到不同地质组别岩石的基本力学性质。不同地质组别岩石力学性质的差异来源于矿物成分、结构不同，通过 X射线衍射和SEM电镜扫描技术分析不同沉积年代泥岩的矿物组分、微裂缝发育状况以及孔隙结构特征。岩石的力学性质反映岩层的力学性质，运用岩石单轴抗压强度参数及埋深下剪切强度参数反映岩层能干性差异，找到挤压构造运动发生时，控制区域产生差异抬升的关键滑脱层，进而提出鄂西渝东区域东西差异抬升模型。
　　区域中的盖层泥岩，经历漫长的沉积埋藏成为有效盖层，其后的抬升剥蚀却有可能造成盖层失效。采用卸荷试验模拟盖层泥岩可能经历的抬升剥蚀过程，得到不同初始围压下不同沉积年代泥岩的变形、破裂、强度特征。采用单轴应变试验模拟盖层的沉积埋藏过程，得到盖层泥岩经历的名义前期固结压力，结合不同温压下的三轴压缩试验模拟盖层泥岩在当前不同埋深环境下的岩石力学性质，综合得到盖层泥岩抬升剥蚀幅度与岩石脆性间的相互关系。
　　油气藏的保存关键在于盖层的封闭有效性，鄂西渝东区域蕴含大量的页岩气对盖层泥岩的封闭性要求更苛刻，因此研究盖层泥岩中裂纹起裂扩展规律具有重要意义。采用声发射及CT技术研究监测泥岩在压缩荷载作用下裂纹演化过程，得到不同沉积年代泥岩裂纹起裂扩展规律。运用 RFPA3D软件模拟盖层岩石在压缩荷载下真实起裂过程，得到在不同温压下不同沉积年代泥岩的起裂扩展形态。结合鄂西渝东区域地质特征，模拟区域在挤压作用下，区域裂纹的扩展路径。

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1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文思路

1.4 主要研究内容及意义

2 区域油气地质特征

2.1区域地质概况

2.2区域油气概况

2.3 区域盖层泥岩封闭概况

3 区域抬升剥蚀研究

3.1 区域抬升分析

3.2 区域剥蚀分析

4 卸荷试验模拟盖层泥岩抬升剥蚀

4.1 卸荷试验方案

4.2 卸荷过程应力-应变分析

4.3 岩石卸荷破裂特征

4.4 不等比例卸荷强度特征

4.5卸荷本构准则

5 抬升剥蚀过程盖层泥岩脆性分析

5.1 试验方案提出

5.2 单轴应变试验

5.3 Pc与泥岩物理力学参数关系分析

5.4 不同温压下三轴压缩试验

5.5 盖层泥岩脆性变化分析

6 盖层泥岩裂纹演化试验分析

6.1泥岩裂纹演化声发射监测试验

6.2 泥岩裂纹演化CT成像试验

6.3 泥岩裂纹演化的损伤力学分析

7 盖层泥岩裂纹演化数值模拟

7.1 RFPA模拟原理

7.2 泥岩裂纹模拟

7.3 区域裂纹模拟

8 结论与展望

8.1 主要结论

8.2 创新点

8.3 展望

致谢

参考文献

附录

A 作者简介

B 作者学习期间发表的论文

C 作者学习期间参加的科研项目