李春月，王洋，鄧鵬，，郭印同，徐峰，周俊

（1.中國(guó)石化 西北油田分公司 石油工程技術(shù)研究院,烏魯木齊 830011；2.中國(guó)科學(xué)院 武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071；3.山區(qū)道路工程與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044）

碳酸鹽巖油藏蘊(yùn)涵著豐富的油氣資源，在全球已探明的油氣儲(chǔ)量中，60%為海相碳酸鹽巖油藏，現(xiàn)已成為油氣勘探開發(fā)的重要領(lǐng)域[1]。

奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)集層是塔河油田順北區(qū)塊主力產(chǎn)油層位，大部分井需要進(jìn)行儲(chǔ)集層改造才能投產(chǎn)，但由于碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)集體孔隙縫洞結(jié)構(gòu)發(fā)育，給壓裂施工設(shè)計(jì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題。塔河油田順北區(qū)塊大部分碳酸鹽巖儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫發(fā)育，壓裂液濾失嚴(yán)重，因此，酸化或酸壓是當(dāng)前塔河油田順北區(qū)塊碳酸鹽巖儲(chǔ)集層油氣開發(fā)和改造的主導(dǎo)技術(shù)手段。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)碳酸鹽巖可壓性評(píng)價(jià)、酸液類型優(yōu)選、酸巖反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及酸壓工藝設(shè)計(jì)等進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)［2］通過(guò)塔中油田碳酸鹽巖酸壓現(xiàn)場(chǎng)工藝對(duì)比，對(duì)壓裂液體系進(jìn)行優(yōu)化；文獻(xiàn)［3］通過(guò)化學(xué)溶解和壓裂試驗(yàn)建立了經(jīng)典酸巖反應(yīng)模型；文獻(xiàn)［4］開展了大量的現(xiàn)場(chǎng)施工工藝研究，提出了適合不同儲(chǔ)集層特點(diǎn)的酸壓工藝；文獻(xiàn)［5］利用多種方法評(píng)估碳酸鹽巖水平井酸壓效果，并優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)壓裂工藝。但是前人的研究大多集中于酸液化學(xué)反應(yīng)、酸巖動(dòng)態(tài)反應(yīng)，酸液濾失等方面，對(duì)于經(jīng)由油田壓裂現(xiàn)場(chǎng)提供的壓裂酸液處理后碳酸鹽巖巖樣開展巖石力學(xué)特性規(guī)律缺乏研究，而這對(duì)于應(yīng)力敏感性復(fù)雜地層的酸壓設(shè)計(jì)、模擬及優(yōu)化具有重要意義[6]。在酸蝕劣化的力學(xué)試驗(yàn)方面，文獻(xiàn)［7］從宏觀和微觀角度研究了不同酸液對(duì)巖石力學(xué)強(qiáng)度破壞問(wèn)題；文獻(xiàn)［8］探討了不同的化學(xué)溶液、不同溶液濃度和不同pH值對(duì)巖石破裂的微觀力學(xué)特性的影響；文獻(xiàn)［9］研究了不同化學(xué)溶液對(duì)砂巖力學(xué)性質(zhì)及能量特征的影響；文獻(xiàn)［10］通過(guò)斷裂力學(xué)試驗(yàn)和化學(xué)試驗(yàn)研究了經(jīng)不同化學(xué)溶液溶蝕后巖石力學(xué)強(qiáng)度的變化；文獻(xiàn)［11］從礦物組成、結(jié)構(gòu)特征等角度定性分析了酸化作用對(duì)碳酸鹽巖力學(xué)性質(zhì)的影響；文獻(xiàn)［12］從多方面、多角度詳細(xì)分析并提出了預(yù)測(cè)破裂壓力的方法和降低破裂壓力的技術(shù)措施。但筆者發(fā)現(xiàn)關(guān)于儲(chǔ)集層酸壓改造的酸液體系對(duì)碳酸鹽巖力學(xué)性質(zhì)影響的相關(guān)研究較少，故開展了塔河油田順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)集層酸壓改造過(guò)程中的膠凝酸酸液化學(xué)作用后的碳酸鹽巖微觀組構(gòu)分析及其巖石力學(xué)特性試驗(yàn)，從而研究酸液對(duì)塔河油田順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖巖石力學(xué)特性的影響，以明確酸液化學(xué)作用對(duì)改造體積的影響，揭示酸液對(duì)體積縫的開啟和改造規(guī)律，從而提出最優(yōu)的體積酸壓工藝。

1 試驗(yàn)概況

1.1 巖樣制備及酸液配置

塔河油田順北區(qū)塊奧陶系儲(chǔ)集層為縫洞型碳酸鹽巖儲(chǔ)集層，孔隙種類多，形態(tài)各異，大小懸殊，且發(fā)育有大量各種類型的裂縫，非均質(zhì)性極強(qiáng)。該儲(chǔ)集層總體呈現(xiàn)低孔低滲特征，且儲(chǔ)集層基質(zhì)巖塊基本不具備儲(chǔ)滲能力。順北區(qū)塊碳酸鹽巖屬于顆粒-灰泥石灰?guī)r類型結(jié)晶石灰?guī)r，其礦物組分主要包括方解石、白云石和石英，其中碳酸鹽礦物總量高達(dá)98%，具高碳酸鹽礦物、低石英、少雜質(zhì)的特征。

本次試驗(yàn)巖心取自塔河油田順北區(qū)塊順北1號(hào)斷裂區(qū)露頭，巖石具有很強(qiáng)的脆性，為保證巖樣加工的完整性，將露頭巖心切割成300 mm×300 mm×300 mm的立方體，并加工成各試驗(yàn)所需的圓柱形標(biāo)準(zhǔn)巖樣。為減少試驗(yàn)結(jié)果離散性，選取不含宏觀結(jié)構(gòu)面的巖樣，且每組試驗(yàn)至少保證5個(gè)巖樣。具體酸液配方如下。

（1）膠凝酸 20%HCl+0.7%CT-S膠凝劑+2.0%CT-H高溫緩蝕劑+1.0%CT-T鐵離子穩(wěn)定劑+1.0%CT-P破乳劑。

（2）交聯(lián)酸 20%HCl+0.7%SRGE-1稠化劑+2.0%SRCI-2高溫緩蝕劑+1.0%SRDM-2破乳劑+1.0%SRFS-1鐵離子穩(wěn)定劑［交聯(lián)劑SRCA-1交聯(lián)比（100∶2）、破膠劑 SRGB-10.03%（基液配置）］。

（3）鹽酸 20%HCl+80%H2O.

1.2 試驗(yàn)過(guò)程與方法

本文通過(guò)開展塔河油田順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖的靜態(tài)酸巖反應(yīng)試驗(yàn)，研究不同因素下酸巖反應(yīng)對(duì)碳酸鹽巖巖石結(jié)構(gòu)特征以及力學(xué)特性的影響，尋求對(duì)碳酸鹽巖酸巖反應(yīng)效果最優(yōu)的酸液類型、酸液體系和反應(yīng)條件。試驗(yàn)選用順北區(qū)塊碳酸鹽巖儲(chǔ)集層酸壓改造現(xiàn)場(chǎng)的酸液類型及其配方即膠凝酸，并加以交聯(lián)酸和鹽酸溶液進(jìn)行對(duì)比。在實(shí)驗(yàn)室制成酸巖反應(yīng)的酸液體系，分別對(duì)所取巖心進(jìn)行靜態(tài)酸巖反應(yīng)，靜態(tài)酸巖反應(yīng)模擬試驗(yàn)是在恒溫水浴保溫箱內(nèi)完成，保持恒溫、常壓條件，將同一批均質(zhì)性較好的巖樣放置于裝有酸液的反應(yīng)容器內(nèi)，均勻攪拌酸液并使其充分接觸，記錄反應(yīng)時(shí)間的同時(shí)測(cè)定酸液濃度和pH值的變化，同時(shí)記錄隨反應(yīng)時(shí)間的巖樣各項(xiàng)物理參數(shù)。

通過(guò)X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡對(duì)巖樣進(jìn)行礦物組分和孔隙結(jié)構(gòu)分析，并和未侵蝕初始巖樣進(jìn)行對(duì)比；通過(guò)巖石三軸試驗(yàn)系統(tǒng)開展膠凝酸靜態(tài)酸巖反應(yīng)后的巖石抗壓、抗拉和巖石抗剪等力學(xué)試驗(yàn)，對(duì)比分析靜態(tài)酸巖反應(yīng)前后碳酸鹽巖巖石力學(xué)特性的變化，獲得酸液對(duì)巖石力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 儲(chǔ)集層特征和孔隙結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 碳酸鹽巖儲(chǔ)集層特征

塔河油田順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖基本都屬顆粒-灰泥石灰?guī)r類型結(jié)晶石灰?guī)r，其中微晶灰?guī)r類、顆?；?guī)r類為主要巖石類型?；?guī)r與鹽酸反應(yīng)速度快，在地層溫度下為表面反應(yīng)控制，因此對(duì)于酸壓而言，降低酸巖反應(yīng)速率，增加活性酸的有效作用距離是面臨的主要問(wèn)題。順北區(qū)塊儲(chǔ)集層孔隙類型主要分為3類，即基質(zhì)孔隙、溶蝕孔洞和大型洞穴-裂縫。順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)集層孔隙種類多，形態(tài)各異，大小懸殊，非均質(zhì)性極強(qiáng)，發(fā)育有大量各種類型的裂縫，儲(chǔ)集層總體呈現(xiàn)低孔低滲特征，儲(chǔ)集層基質(zhì)巖塊基本不具備儲(chǔ)滲能力。

2.1.2 礦物組分分析

礦物組分分析是確定巖石性質(zhì)的基本方法之一，對(duì)研究碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的基本力學(xué)特性、脆性特征和儲(chǔ)存評(píng)價(jià)具有重要意義。碳酸鹽巖儲(chǔ)集層礦物組分可側(cè)面反映其地質(zhì)沉積環(huán)境、烴源巖發(fā)育演化狀況等信息；方解石、石英等脆性礦物的含量不僅關(guān)系到其脆性性質(zhì)評(píng)價(jià)，亦關(guān)系到碳酸鹽巖壓裂方案設(shè)計(jì)和壓裂效果評(píng)價(jià)。從塔河油田順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖露頭同一批巖心的多組碳酸鹽巖X射線衍射測(cè)試結(jié)果（表1）可知，方解石平均含量為92.49%，白云石平均含量為4.98%，石英平均含量為1.83%，呈現(xiàn)出高碳酸鹽礦物、低石英、少雜質(zhì)的特征，主要礦物均為脆性礦物，儲(chǔ)集層具有較為明顯的脆性特征，具有較好的可壓裂性，適合進(jìn)行儲(chǔ)集層壓裂改造。

2.1.3 微觀結(jié)構(gòu)特征分析

巖石宏觀力學(xué)特征改變的實(shí)質(zhì)是巖石微觀結(jié)構(gòu)變化的宏觀體現(xiàn)，對(duì)微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，通過(guò)礦物顆粒粒徑差異，各礦物排列空間分布規(guī)律及內(nèi)部孔隙、微裂隙結(jié)構(gòu)特征具體分析。碳酸鹽巖電子顯微鏡測(cè)試所得的微觀孔隙結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示，初始巖樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較致密，礦物顆粒膠結(jié)較好，存在少量的微孔隙，從掃描結(jié)果可以大致識(shí)別出方解石和石英，白云石由于形態(tài)各異且含量太低不易識(shí)別，觀察粒徑可知方解石粒徑均大于500 nm，石英的粒徑為20～100 nm.

表1 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣X(jué)射線衍射測(cè)試結(jié)果 %

2.2 靜態(tài)酸巖反應(yīng)試驗(yàn)

2.2.1 結(jié)構(gòu)特征分析

在塔河油田順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖露頭中選取均質(zhì)性（密度和縱波速度相近）較好的碳酸鹽巖巖心，制備若干塊符合電子顯微鏡掃描規(guī)格的立方體巖樣試件，設(shè)置反應(yīng)時(shí)間分別為1/3 min，2 min，5 min，15 min，30 min和120 min，在試驗(yàn)裝置內(nèi)完成恒溫條件下的靜態(tài)酸巖反應(yīng)模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 順北區(qū)塊碳酸鹽巖巖樣經(jīng)不同酸液浸泡的質(zhì)量變化

分析不同酸液浸泡之后的巖石巖樣的質(zhì)量及其變化趨勢(shì)可知，3種酸液均對(duì)碳酸鹽巖巖樣產(chǎn)生了酸蝕作用，酸液浸泡30 min的巖樣，質(zhì)量變化最大，變化速率最快，可知在靜態(tài)酸巖反應(yīng)30 min時(shí)，巖樣酸化溶蝕效果最好，故推測(cè)30 min為物理參數(shù)弱化最佳時(shí)間，但最終還得根據(jù)后續(xù)的微觀結(jié)構(gòu)、礦物組分和力學(xué)特性試驗(yàn)結(jié)果確定最佳酸巖反應(yīng)時(shí)間。

分析塔河油田順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖露頭巖樣經(jīng)不同酸液浸泡之后的質(zhì)量變化及其電子顯微鏡掃描結(jié)果（圖1，表3）可知，3種酸液均對(duì)碳酸鹽巖產(chǎn)生不同程度的酸蝕作用，在此結(jié)合電子顯微鏡掃描的微觀結(jié)構(gòu)可見(jiàn)，靜態(tài)酸巖反應(yīng)30 min后對(duì)應(yīng)的巖樣的微觀孔隙結(jié)構(gòu)變化最大，具體表現(xiàn)在礦物晶間距明顯增大，礦物排列更加松散，溶蝕孔隙更多、裂紋痕跡更深。根據(jù)以上規(guī)律，結(jié)合巖樣質(zhì)量變化規(guī)律，可再次說(shuō)明30 min為物理參數(shù)弱化最佳反應(yīng)時(shí)間。對(duì)比3種酸液浸泡后巖樣質(zhì)量變化和電鏡掃描微觀結(jié)構(gòu)，3種酸液與巖石的反應(yīng)速率由快到慢分別為鹽酸、膠凝酸和交聯(lián)酸。

2.2.2 礦物組分分析

圖1 經(jīng)膠凝酸處理不同時(shí)間時(shí)的碳酸鹽巖巖樣微觀結(jié)構(gòu)

根據(jù)物理參數(shù)和微觀孔隙結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，繼續(xù)開展了塔河油田順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖露頭巖樣靜態(tài)酸巖反應(yīng)30 min后的礦物組分分析試驗(yàn)，相較于初始狀態(tài)，膠凝酸酸蝕后的巖樣中白云石和石英含量基本不變，方解石含量顯著減少，減少率為4.50%，故可推測(cè)膠凝酸化學(xué)作用減少了脆性礦物成分，從而影響巖石力學(xué)特性，需要進(jìn)一步開展力學(xué)試驗(yàn)探究。

表3 順北區(qū)塊碳酸鹽巖巖樣膠凝酸酸巖反應(yīng)前后礦物組分含量對(duì)比 %

2.3 酸蝕劣化力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)

2.3.1 單軸壓縮試驗(yàn)

將所選巖樣置于靜態(tài)酸巖反應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置內(nèi)開展1/3 min，2 min，5 min，30 min和120 min的靜態(tài)酸巖反應(yīng)模擬試驗(yàn)（表4），試驗(yàn)過(guò)程中記錄巖石巖樣的規(guī)格、質(zhì)量和縱波速度等數(shù)據(jù)，計(jì)算得到的物理參數(shù)與時(shí)間關(guān)系如圖2所示。

表4 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣單軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)篩選好的巖樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)。記錄試驗(yàn)過(guò)程中巖樣的質(zhì)量和縱波速度，并繪制出溶蝕率—酸蝕時(shí)間曲線和縱波速度—酸蝕時(shí)間曲線（圖2），可知碳酸鹽巖的質(zhì)量在酸巖反應(yīng)后隨酸蝕時(shí)間的增大顯著減少，說(shuō)明巖樣內(nèi)部礦物酸蝕或溶解，造成較大的巖樣質(zhì)量損失；且酸巖反應(yīng)后巖樣的縱波速度也隨酸蝕時(shí)間的增大迅速降低，主要原因是碳酸鹽巖巖樣中的可溶性礦物軟化進(jìn)而溶解，形成較多微孔隙裂隙，造成巖樣縱波速度降低。

經(jīng)過(guò)不同時(shí)間酸蝕處理后，碳酸鹽巖巖樣的單軸壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖3所示，可知每組試驗(yàn)中巖樣的曲線趨勢(shì)基本一致，整個(gè)壓縮過(guò)程大致可分為初始?jí)好茈A段、彈性階段、屈服階段和破壞階段。初始階段巖樣微裂隙逐漸閉合，巖石被壓密，形成了非線性變形；彈性階段的應(yīng)力與應(yīng)變基本呈線性關(guān)系，基本服從胡克定律，表現(xiàn)出碳酸鹽巖的彈性特征；隨后曲線到達(dá)屈服階段，達(dá)到峰值后應(yīng)力迅速跌落直至破壞；破壞階段的軸向應(yīng)力達(dá)到巖樣能夠承受的極限能力，應(yīng)力跌落，巖樣整體失去承載能力。在達(dá)到峰值之前，曲線出現(xiàn)多次小范圍跌落后回升，這是由于巖石表面裂紋擴(kuò)展，出現(xiàn)微裂隙，隨后出現(xiàn)宏觀裂紋并沿最大主應(yīng)力方向發(fā)展，最終呈現(xiàn)拉伸劈裂。

圖2 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣物理參數(shù)與酸蝕時(shí)間關(guān)系

圖3 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣不同酸蝕時(shí)間的軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變關(guān)系

經(jīng)過(guò)不同酸蝕時(shí)間處理后，塔河油田順北區(qū)塊的碳酸鹽巖巖樣的單軸壓縮試驗(yàn)的峰值應(yīng)變、抗壓強(qiáng)度和彈性模量的變化規(guī)律如圖4所示，分析可知，碳酸鹽巖巖樣抗壓強(qiáng)度和彈性模量弱化的時(shí)間效應(yīng)較為顯著，隨酸蝕時(shí)間的不斷增大碳酸鹽巖巖樣的抗壓強(qiáng)度和彈性模量降低，且變化趨勢(shì)相近，峰值應(yīng)變隨著酸蝕時(shí)間增大不斷增大，且在30 min時(shí)，平均抗壓強(qiáng)度和彈性模量衰減最快，且衰減幅度最大，衰減率分別為40.2%和46.5%.

圖4 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣不同酸蝕時(shí)間的力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律

2.3.2 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

對(duì)篩選好的均質(zhì)性較好的順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖露頭巖樣先進(jìn)行分組編號(hào)，后將巖樣置于靜態(tài)酸巖反應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置中開展酸巖反應(yīng)30 min.

經(jīng)過(guò)膠凝酸酸液處理30 min后的巖樣開展巴西劈裂試驗(yàn)，收集得到巖心的密度、縱波速度以及抗拉強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。可知，經(jīng)過(guò)膠凝酸酸液浸泡后的巖樣的密度、縱波速度和抗拉強(qiáng)度均出現(xiàn)了不同程度的降低（表5），巖樣表面也出現(xiàn)了多處微孔洞和裂縫（圖5），說(shuō)明膠凝酸酸液對(duì)巖心產(chǎn)生了損傷和破壞，故可推測(cè)膠凝酸將在碳酸鹽巖進(jìn)行酸壓施工時(shí)可一定幅度降低起裂壓力，相較于初始狀態(tài)的巖樣，酸蝕后巖樣的平均密度下降2.6%，平均縱波速度下降30.7%，平均抗拉強(qiáng)度下降11.5%.

表5 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣巴西劈裂試驗(yàn)結(jié)果

2.3.3 直接剪切試驗(yàn)

對(duì)篩選過(guò)且均質(zhì)性較好的塔河油田順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣先進(jìn)行分組編號(hào)，后將巖樣同時(shí)置于靜態(tài)酸巖反應(yīng)模擬試驗(yàn)裝置中開展酸巖反應(yīng)30 min，對(duì)保留下來(lái)的巖樣進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)。

圖5 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭不同巖樣的劈裂破壞面形態(tài)

從表6和圖6可看出，碳酸鹽巖的剪切破壞表現(xiàn)出明顯的脆性特征，其基本特點(diǎn)為：加載初期，曲線斜率較小，剪切位移增加較快而剪應(yīng)力增加緩慢，當(dāng)剪切位移增加到一定值后曲線斜率明顯上升；當(dāng)剪切位移達(dá)到一定值后，曲線斜率明顯增大，剪切位移的增加變得緩慢，而剪應(yīng)力的增加迅速，剪應(yīng)力—剪切位移曲線存在一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；達(dá)到峰值剪應(yīng)力后，曲線斜率由正變負(fù)，剪應(yīng)力急劇下降，產(chǎn)生了應(yīng)力跌落現(xiàn)象。當(dāng)剪應(yīng)力下降到一定程度后，曲線斜率突然變平緩，隨剪切位移的繼續(xù)增加剪應(yīng)力逐漸進(jìn)入殘余強(qiáng)度階段，此階段剪應(yīng)力表現(xiàn)出了巖石剪切滑動(dòng)時(shí)的共同特征，即剪切強(qiáng)度的滑動(dòng)弱化現(xiàn)象。

表6 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣直接剪切試驗(yàn)結(jié)果

直接剪切試驗(yàn)測(cè)試抗剪強(qiáng)度的原理是庫(kù)侖定律，該定律認(rèn)為在法向應(yīng)力較小時(shí)，抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力近似呈線性關(guān)系，根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出巖樣的抗剪強(qiáng)度曲線，并根據(jù)公式計(jì)算出剪切強(qiáng)度參數(shù)（表7）。

式中 c——剪切破裂面的黏聚力，MPa；

φ——剪切破裂面的內(nèi)摩擦角，（°）；

τ——剪切破裂面的剪應(yīng)力，MPa；

σn——剪切破裂面的法向應(yīng)力，MPa.

圖6 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣不同法向應(yīng)力下的剪應(yīng)力—剪切位移曲線與破壞面形態(tài)

表7 順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣的剪切強(qiáng)度參數(shù)

塔河油田順北區(qū)塊碳酸鹽巖露頭巖樣經(jīng)過(guò)膠凝酸酸液進(jìn)行酸蝕浸泡30 min以后，在同一法向應(yīng)力條件下，巖樣的峰值剪應(yīng)力、剪切強(qiáng)度和殘余剪切強(qiáng)度均出現(xiàn)了下降，其中平均抗剪強(qiáng)度下降14.3%，且計(jì)算得出的內(nèi)摩擦角變小。由此可知，膠凝酸與碳酸鹽巖巖樣接觸反應(yīng)之后，將對(duì)巖樣產(chǎn)生宏觀結(jié)構(gòu)的酸蝕和微觀孔隙裂隙的損傷，故將對(duì)巖樣的力學(xué)特性產(chǎn)生劣化效應(yīng)。因此，膠凝酸作為碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的壓裂液體系將對(duì)其儲(chǔ)集層改造和增產(chǎn)具有重要意義。

3 結(jié)論

（1）順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖類型屬于顆粒-灰泥石灰?guī)r類型結(jié)晶石灰?guī)r，礦物組分呈現(xiàn)出高碳酸鹽礦物、低石英、少雜質(zhì)的特征，且孔隙種類多、形態(tài)各異且裂縫發(fā)育，總體呈現(xiàn)低孔低滲特征。

（2）酸液均對(duì)順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖巖樣產(chǎn)生酸蝕劣化作用，酸液浸泡30 min的巖樣質(zhì)量和縱波速度變化最大，變化速率最快，微觀礦物晶間距明顯增大，且礦物組分中方解石明顯減少，膠凝酸溶蝕巖樣質(zhì)量下降率為16.72%，方解石減少率為4.50%.

（2）經(jīng)膠凝酸處理后的順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖巖樣的抗壓強(qiáng)度和彈性模量酸蝕弱化的時(shí)間效應(yīng)較為顯著，隨酸蝕時(shí)間增大巖石強(qiáng)度和彈性模量降低，且變化趨勢(shì)相近，峰值應(yīng)變隨著酸蝕時(shí)間增大而不斷增大，且在30 min時(shí)弱化效應(yīng)最顯著，平均抗壓強(qiáng)度和彈性模量的下降率分別為40.2%和46.5%.

（3）順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖巖樣的密度、縱波速度和抗拉強(qiáng)度相較于初始狀態(tài)均出現(xiàn)了不同程度的降低，平均密度下降2.6%，平均縱波速度下降30.7%，平均抗拉強(qiáng)度下降11.5%，巖樣表面也出現(xiàn)了多處微孔洞和裂縫。

（4）在同一法向應(yīng)力條件下，峰值剪應(yīng)力、剪切強(qiáng)度和殘余剪切強(qiáng)度均出現(xiàn)了下降，平均抗剪強(qiáng)度下降14.3%，且計(jì)算得出的整體內(nèi)摩擦角變小。

（5）膠凝酸作為反應(yīng)酸液，對(duì)順北區(qū)塊奧陶系碳酸鹽巖巖樣產(chǎn)生宏觀結(jié)構(gòu)的酸蝕和微觀孔隙裂隙的損傷，其抗壓抗拉和抗剪強(qiáng)度等均產(chǎn)生了劣化效應(yīng)，故膠凝酸對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層壓裂改造和裂縫擴(kuò)展具有重要意義。