Petrophysics 2022年第5期论文摘要翻译
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纳米压痕技术概述
Carl H. Sondergeld and Chandra S. Rai
纳米压痕作为一种新技术在油气界逐渐得到了认可。为了加快该技术被行业所接受，我们回顾了它的功能和应用。开发纳米压痕技术是用于研究薄膜和半导体的性质。当油气工业焦点转向非常规页岩时，纳米压痕技术在油气工业中也会变得很有吸引力。因为页岩易碎和不稳定，所以在很多情况下很难钻取柱塞岩心进行标准的实验测试。纳米压痕技术非常适合于测量细粒材料和材料碎片的性质。我们记录了纳米压痕技术如何应用于测量页岩中的杨氏模量、硬度、剪切模量、各向异性、蠕变性和断裂韧性，以及测定这些性质的流体敏感性。【译者：姜嘉皓 陈沐遥，校稿：肖文联，西南石油大学】
页岩毛细管压力的经验关系
Mehdi Alipour K., Ahmed Kasha, A. Sakhaee-Pour, Fadhil N. Sadooni,
and Hamad Al-Saad Al-Kuwari.
Brooks和Corey(1964)和van Genuchten(1980)提出了两个最广泛使用的近似毛细管压力关系式。这两个关系式也被石油工程师使用，但最初提出这两个关系式是为了理解土壤中的含水量，而土壤的空隙与页岩的孔隙不一样。本文提出了一种能够描述页岩中非高原趋势和近似毛细压力间的经验关系式。它还能描述非零入口压力，这是van Genuchten模型无法表征的。本研究通过确定非线性回归系数(R2)和均方误差(MSE)，对比了本文提出的模型与Brooks和Corey以及van Genuchten的模型。本文使用了文献中美国页岩的压汞毛细管压力数据，这些数据来自30块Bakken、Eagle Ford和Greenhorn地层的岩样（平均渗透率小于1mD，平均孔隙度为5%）。本文提出的模型已被用于描述页岩中的两相驱特征。【译者：王婷 陈沐遥，校稿：肖文联，西南石油大学】
一种用稳态法测量渗透率应力敏感的实验室方法
Jilin Jay Zhang, Hui-Hai Liu, and Jewel Duncan
致密地层的基质渗透率对许多地质和工程应用都很重要，如二氧化碳地质封存、核废料处理、非常规油气和煤层气生产等。在油气生产的情况下，储层渗透率随孔隙压力的减小或有效应力的增大而减小。在实验室描述基质渗透率与有效应力（和孔隙压力）之间的关系通常需要很长时间，因为目前的方法基于所谓的逐点法，只能通过一次测试测量一个渗透率数据点，但是描述这种关系通常需要用多个数据点表示。
本文提供了一种确定基质渗透率与有效应力之间关系的一种方法，并用三次大压力梯度稳态流动测试获得致密岩样的Biot系数。与传统的基于线性流动理论的稳态流动方法不同，基于非线性流动理论的分析结果用于确定相关关系和参数。通过岩心样品的气体性质和渗透率随气体压力和有效应力的变化而变化，而传统的方法把它们视为测试中给定的常数。我们的方法基于非线性流动理论，可以使用大压力梯度，因此在获得相同参数集的情况下，我们的方法只需要进行三次测试，且每次测试所需要的时间比传统测试方法短很多。与传统测试方法和数值模拟得到的渗透率测量结果进行比较发现，该方法能取得了较好的实验结果。【译者：陈沐遥，校稿：肖文联，西南石油大学】
层状和空间非均质岩石中的泥浆滤液侵入：使用延时X射线微计算机断层扫描(Micro-CT)的高分辨率原位可视化分析
Colin Schroeder1 and Carlos Torres-Verdín
采用高分辨率X射线微计算机断层扫描技术(micro-CT)研究了泥滤液在层状和空间非均质岩石中的侵入过程。实验室实验包括向位于圆柱形岩心样品中心的钻孔中注入加压水基钻井泥浆，这些岩心样品表现出一系列岩石物理特性，包括交叉层状砂岩、细密层状各向异性砂岩、孔隙尺度显著非均质的鲕状石灰岩和空间非均质的洞状白云岩。当钻井泥浆注入最初干燥(饱和空气)的岩心样品时，高分辨率X射线显微CT连续扫描，以可视化泥浆滤液侵入岩心样品期间泥浆滤液的流动情况。因为钻井泥浆的性质在所有的实验案例中都是一致的，所以在侵入行为中观察到的差异可以归因于岩心样品的独特性质。
尽管表现出了广泛的岩石物理性质，包括渗透率从8.9到超过1800mD，但在所有的实验案例中，除了最初仅持续了几秒钟的短暂喷涌损失外，泥浆滤液侵入率都是相似的，这表明沉积的泥饼的特性是控制泥浆滤液侵入速率的原因，而不是岩心样品的独特特性。相反，无论是在空间上还是作为时间的函数，侵入前沿的位移和泥浆滤液在岩心样品中的空间分布在不同情况下存在显著差异。最初，岩心样品中的泥浆滤液流动主要受粘性力的影响，空气被强制从井眼周围排出。此后不久，我们观察到，当泥饼沉积在井壁上时，泥浆滤液的侵入速度迅速降低，泥浆滤液的侵入速度迅速转变为毛细管主导的流动。由于驱替过程受到毛细管力的控制，我们观察到，随着时间的推移，侵入区域内的泥浆滤液分布变得更加均匀，井眼周围的泥浆滤液被进一步吸入岩心样品。侵入带内的平均泥滤液饱和度最初下降，后来稳定在43-51%之间，这表明侵入前沿后方仍有大量滞留气体(空气)。
实验结果表明，在泥滤液侵入过程早期获得的井眼测量数据，如钻井时获得的数据，可能比后来获得的电缆测量数据对小尺度非均质性更敏感，因为毛细管力使侵入带内的泥滤液饱和度分布更加均匀。此外，由于毛细力主要负责控制侵入层的泥浆滤液饱和度，井眼周围的流体可能不会被驱至其真正的残余饱和度，这可能导致核测井和浅层感应电阻率测井低估地层的实际流动烃饱和度。【译者：王婷 陈沐遥，校稿：肖文联，西南石油大学】
Chengyu Zhou, Linghao Zeng, Yuan Sun, Min Zhou, Mingyao Lei, Wei Wan,
Yufeng Luo, Bo Wu, Peng Zhang, and Ying Xiao
为了探讨二氧化碳和硫化氢在油井水泥中的腐蚀作用，我们将样品置于CO2/H2S环境中。分别用脉冲孔隙渗透率测试仪、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和岩石拉伸压缩测试仪测定了水泥石样品的渗透率、微观结构、化学成分和抗拉强度。进而分析了水泥石样品的腐蚀行为和机理。实验结果表明，腐蚀程度随放置时间的增加而加深，其渗透率从第7天的0.0003 md增加到第30天的0.0646md。从微观形貌可以看出，腐蚀后水泥石样品的内部结构致密，没有明显的疏松结构，但存在部分粒度不同的颗粒。腐蚀后产物的组成相以碳酸钙和二氧化硅为主，且腐蚀区域中碳酸钙的含量明显增加。被测水泥石样品的抗拉强度仅为9.8 MPa。CO2和H2S与水泥石样品中的含钙相反应会导致其碱性程度降低，水泥石样品发生腐蚀。由于碳化作用，二氧化碳会逐渐扩散到水泥石样品内部，与水泥石样品孔隙中的氢离子、钙离子、碳酸氢根离子反应形成各种类型的碳酸钙，导致水泥石样品收缩、表面产生裂缝，最终影响水泥石样品的密实度和封固效果。【译者：张义杰 陈沐遥 周成裕，校稿：肖文联，西南石油大学】
基于渗透强化的节理裂隙发育白云岩取芯方法
Xinqiang Gao, Zecheng Ma, Chao Kong, Hao Wang, Zhijun Lang, Haobo Fan,
Yongquan Zhu, and Zhengguo Zhu.
在进行力学试验之前，需要采用岩石标本的标准化制备方法。传统的取样方法对质量好的岩石有很好的效果。然而，对于地质条件复杂地区的岩石，如裂缝发育良好的白云岩，在制备标准试样时，其内部裂隙容易受到扰动，导致样品制备失败。受有机树脂溶液增强剂在考古发掘过程中对骨骼和瓷器文物的保护效果的启发，本研究开发了一种利用丙烯酸树脂-丙酮溶液制备白云岩渗透增强试样的方法，该方法可在成功制备试样后恢复岩石样品的力学参数。在丙烯酸树脂与丙酮比例优化条件下进行的几项试验表明，溶液质量分数为20%时，对取样位置破碎白云石的加固效果最好，使岩样制备成功率从15%提高到54%。在纯丙酮中浸泡48小时后，试样的物理力学性能不受影响。该方法可为节理裂隙发育地区的岩石采样提供参考。【译者：王婷 陈沐遥 高新强，校稿：肖文联，西南石油大学】