南海深水L-1井区地层压力预测技术研究及应用

在深水钻井工程中,准确的地层压力剖面是确定安全钻井液密度窗口必不可少的关键数据。结合南海L-1井区地质情况,基于大量现场数据比对研究,得出最优压力预测模型,并利用测井获取的地层参数资料进行综合分析,对位于莺歌海盆地构造中部的L-1井区进行了地层孔隙压力、破裂压力和井壁坍塌压力的计算分析,得出该井区地层压力剖面图,从而预测出安全钻井液密度窗口。与邻井实测点相比,孔隙压力预测误差小于1.74%,破裂压力预测误差小于15.50%,为工程开发提供了理论支撑。     

含可信度地层破裂压力的钻前预测方法

地层破裂压力是钻井工程设计的基础数据,由于海上深井苛刻地层环境的复杂性、基础资料的不完备性以及预测模型的适用性等问题,地层破裂压力的解释结果存在一定的不确定性。文中首先分析了地层破裂压力预测模型中地质力学参数的测井解释方法,然后以相似构造井同一层组内的地质力学参数的测井解释结果为样本,构建样本库,并基于正态信息扩散原理,得到了地质力学参数的概率分布函数,再将地质力学参数的概率分布函数代入地层破裂压力计算模型中,基于Monte Carlo模拟得到待钻井任意井深处的地层破裂压力概率分布,最终建立了具有置信度的地层破裂压力区间。实例分析表明,计算得到的含可信度地层破裂压力更切合钻井工程实际,文中建立的方法对于分析海上深井苛刻地层破裂压力的不确定性具有一定参考价值。     

川南深层页岩各向异性特征及对破裂压力的影响

川南深层页岩地层地应力非均匀性强,钻进过程中漏失严重,破裂压力预测困难,在进行深层页岩微观组构观测和宏观力学试验的基础上,测试了深层页岩的各向异性特征,考虑各向异性特征建立了井周应力模型,结合深层页岩本体拉张破坏、裂缝剪切滑移破坏和裂缝张性破坏模式,建立了深层页岩地层破裂压力预测模型,分析了各向异性特征对地层破裂压力的影响规律。分析结果表明:页岩各向异性越强,地应力差异越明显,大斜度井裂缝越易滑移;较高的粘聚力可有效抑制裂缝弱面的错动能力;裂缝倾角大小主导着裂缝张性漏失。预测模型在川南彭水区块页岩气井地层破裂压力预测的结果表明,地应力差异较弹性差异对深层页岩破裂压力的影响更为显著,岩石粘聚力是诱导裂缝剪切滑移漏失的主因,相对裂缝倾角是诱导裂缝张性破坏的主因。裂缝发育的页岩地层以裂缝破坏为主,破裂压力受岩石粘聚力、裂缝倾角和地应力的影响显著,在预测破裂压力时应综合3种破裂模式判断破裂方式和预测破裂压力。      

利用分层测压技术判断高压注水层破裂方法

在分析地应力与地层破裂压力关系的基础上,推导和研究和注水压力与地层注动压力的关系式,给出了井底流动压力与地层破裂压力的关系式,由此 建立了井口注水压力与地层破裂压力之间的关系式。提出了一种高压注水井分层测井层压力恢复的新方法,该方法管柱功能强,测压井下关井,分层流量直接测试不用迭加法,测试精度高,操作方便。应用该方法进行高压注水层地层破裂的测试,分析了破裂地层试井曲线特征。对地层破裂在曲线上表现的特征进行了理论分析和验证。现场应已见到了很好的效果。实测解释结果表明,该方法切实可行,判断符合率高,为高压注水井提供了压力上限控制的依据。     

巴什托油气田异常破裂压力预测研究

地层破裂压力异常高是制约深层致密油气压裂改造的技术难题,因此破裂压力的准确预测对低渗透致密油气藏开发是至关重要的。文章根据岩石破坏的最大张应力准则,在背斜构造地应力和考虑污染等因素的基础上,建立了巴什托油气藏破裂压力预测模型,并据储层污染与否的破裂压力预测公式进行了实例计算。     

岩石力学参数试验与地层破裂压力预测研究

通过对塔里木盆地群库恰克地区4口井中的7个地层100块岩心进行岩石力学参数试验和声波试验,获得了该地区岩石的弹性模量、泊松比、纵横波时差等一系列岩石静态力学参数。对试验结果进行了分析研究,得到了岩石纵横波时差关系拟合模型。结合测井资料所得到的岩石动态力学参数,回归出了群库恰克地区岩石的动静态力学参数模型,为预测群库恰克地区地层破裂压力提供了准确的岩石力学参数。在建立群库恰克地区地层破裂压力预测模型过程中,基于岩石的破裂机理,提出了一种地层破裂压力预测的新模型,该新模型已用于群库恰克地区地层破裂压力预测,为合理确定钻井液密度提供了理论依据。     

基于有效应力的裂缝性碳酸盐岩地层孔隙压力预测

由于碳酸盐岩成岩作用与异常压力成因机制复杂多变，导致碳酸盐岩地层孔隙压力的准确预测依然是目前国内外尚未解决的重大技术难题。四川盆地TH地区碳酸盐岩地层在钻井过程中气侵频繁，地层孔隙压力复杂多变，常用的基于欠压实理论建立的预测方法对碳酸盐岩地层不适用。为了准确预测TH地区碳酸盐岩地层孔隙压力，本文结合实验与测井解释结果，分析孔隙度、泥质含量、含气饱和度、有效应力和声波速度的响应关系，基于Terzaghi有效应力理论建立了适用于碳酸盐岩地层的多参数地层孔隙压力预测模型，并在此基础上考虑裂缝发育指数的影响，对模型进行了改进。对比模型改进前后的预测效果，发现考虑了裂缝发育指数的多参数地层孔隙压力预测模型在裂缝性地层的预测精度上有了明显的提升，预测曲线更加贴近实钻值，最大误差低于3%,在裂缝相对不发育地层与多参数预测模型预测精度相近。文章研究成果能够为碳酸盐岩地层孔隙压力精细预测和安全钻井提供技术指导。     

浅层稠油油藏地层破裂压力计算方法探讨

稠油油藏地层破裂压力计算对热采工艺实施具有重要的实用价值。本文针对浅层稠油油藏埋藏浅、岩性胶结疏松、欠压实等特征,以及地质构造应力等多种因素的影响,对其地层破裂压力计算进行了理论分析。并对地层破裂的形态进行了讨论,建立了现场计算地层破裂压力及其有关参数的方法。用此法对克拉玛依油田九区侏罗系齐古组稠油油藏进行地层破裂压力计算。结果表明该区油藏在目前的蒸汽注入压力下不仅存在水平裂缝,而且存在垂直裂缝。这是蒸汽窜流的重要原因。     

卸载型异常高压地层压力预测方法

南海乐东区域是典型的卸载型高压区域,常规地层压力预测方法在该区域的适用性较差,现场钻井作业面临井涌、井喷等风险。为建立适用于乐东区域的地层压力预测模型,利用人工岩心开展室内声波测试实验,分别建立了声波波速与有效应力、岩性和泥质含量的函数关系。实验结果表明,声波波速与有效应力呈指数型关系,声波波速与孔隙度和泥质含量的平方根呈现线性关系。利用线性叠加原理,建立了改进的Bowers地层压力预测模型。改进的Bowers模型克服了原模型中只针对泥页岩地层进行压力预测的限制,可以对砂泥岩地层开展地层压力预测;同时克服了原模型卸载方程中当有效应力无限趋于0,声波波速趋于海水波速的理论缺陷。现场应用表明,改进的Bowers地层压力预测模型在乐东区域的预测结果平均误差仅为2.6%,该模型在乐东区域具有良好的适用性。     

斜井井壁稳定的测井预测方法

从影响井壁稳定的力学因素出发,通过井壁围岩应力分析提取影响斜井井壁稳定的主应力,结合岩石破坏的强度准则建立地层坍塌压力和破裂压力的测井预测模型.针对研究工区地质情况对模型进行适当修正,建立了该区安全钻井液密度窗口.通过精细解释测井资料预测的井壁稳定情况表明,测井资料能够较好地预测井壁的稳定性,为防止井漏、井塌等工程事故...     

地层水物化作用下的泥页岩破裂压力计算

钻井过程中,钻井液与井壁围岩的接触产生水化作用会导致井壁围岩变形,引发井壁缩颈坍塌、破裂等事故。根据弹塑性力学和岩石力学相关理论,应用最大张应力准则,在黄氏模型的基础上考虑了钻井液在岩石孔隙中的渗流而在井壁围岩所产生的附加应力场、岩石的孔隙度和钻井液水化作用的影响,建立了泥页岩破裂压力模型,结合现场压裂实验数据和不同含水率泥页岩岩心三轴压缩实验结果,计算得到了泥页岩破裂压力的预测值、泥页岩含水率与抗张强度和破裂压力的关系曲线。结果表明：本文模型预测值和实测值相比,误差为3.65%,更加接近实测地层破裂压力,破裂压力和抗张强度均随着含水率的升高而降低,说明水软化了泥页岩,降低了它的力学性能。     

基于eXpress平台地层破裂压力预测参数的改进

利用eXpress平台处理Xmac测井资料对地层破裂压力进行预测的过程中,发现计算岩石力学参数程序中比奥特压缩系数常出现奇异值或断点.在实际应用中,比奥特压缩系数对其他力学参数、泥浆参数的求取和破裂压力的预测起着很关键的作用.经过多次试验发现通过增加1组泥岩参数值的方法可以得到新的比奥特压缩系数,利用改进后连续的比奥特压缩系数曲线就可以在很大程度上解决这个问题.根据改进后的岩石力学参数进行地层破裂压力的预测,并与实际施工数据进行了结果对比, 取得了较好的效果.     

州6水平井试验区整体压裂研究

州6低孔特低渗水平井试验区需压裂完井，因此必须进行整体压裂优化研究。在考虑储层渗透率的应力敏感性和启动压力梯度的情况下，建立了水平井井组的整体压裂优化模型，采用该模型首先对各水平井组进行了单因素优化，之后采用正交方案设计和模糊识别方法得到州6区块最优的水平井整体压裂方案。研究结果表明，水平井各段缝长不同，总体应按两端缝长较长、中间缝长较短设置。将整体压裂方案成果应用到了现场实践，水平井压裂后初期产量为直井的3.4倍，增产效果较好，同时也验证了该模型的合理性。     

基于时间步长线性叠加法的孔隙—弹性介质水力裂缝扩展机理研究

时间步长线性叠加法(TLSM)已被广泛用于建模和分析多个竞争性水力裂缝在恒定内压载荷下的扩展过程｡文章改进了TLSM方法,考虑储层孔隙弹性的影响,加入典型诊断性压裂试验(DFIT)的压力监测数据进行拟合,通过细化横向网格,在TLSM模型中使用真实的压裂试验数据来模拟多个动态裂缝的扩展,研究了随时间变化的压力和孔隙弹性对缝网发育的影响｡研究结果表明,基于TLSM的模型可以量化和可视化裂缝发育随时间的压力变化,使用DFIT数据,可以有效地分析孔隙弹性介质地层,定量描述裂缝扩展过程中空间应力集中变化的动态可视化｡该模型有助于现场施工过程压裂方案的调整,改善对缝网发育的控制｡     

松南深层储层人工裂缝特征及压裂对策研究

松南地区深层储层主要分布火山岩和碎屑岩,属低孔特低渗储层,储层分布不稳定,物性变化大,压裂施工中多数井存在砂堵和高压停泵的问题,压裂成功率较低。通过压裂压力分析、地应力试验评价和监测资料分析等,得出松南深层压裂人工裂缝特征主要是:地层弹性模量大,岩石变形困难,破裂压力较高;天然裂缝发育,引起较窄的多裂缝起裂和延伸;储隔层地应力差较小而造成缝高延伸过量。针对压裂裂缝特征和压裂难点进行了相应的压裂工艺技术研究,并进行现场试验,取得了良好的压裂效果,大大提高了压裂的成功率。     

应用积分变换求解非线性封闭地层双重介质模型

建立了裂缝相中带二次压力梯度项的双孔隙度模型。根据该模型的特点引入了适当的特征值问题,求出了具有完备正交性的特征函数系,定义了裂缝压力关于空间变量的正交积分变换和逆变换,利用该变换求得了有界封闭情形下裂缝井底压力实空间解析解。探讨了非线性参数和双重介质参数变化时井底压力和压力导数的变化规律。对比研究了非线性解和线性解之间的关系,并进行了误差分析。这些结果可用于研究低渗透或稠油双重介质油藏的渗流规律和试井分析。     

东西伯利亚尤罗勃钦油田碳酸盐岩储层测试资料的解释研究

提出用多重介质渗流解释模型研究测试资料,确定碳酸盐岩储层裂缝-孔隙渗流参数.该模型基于地层测试的产能资料,即从油气渗流特性出发,研究裂缝孔隙压力与产量的关系和基块孔隙系统的压力与产量关系.提出新的窜流系数概念,实际上是2个孔隙系统的渗流参数的比值.碳酸盐岩储层双重介质渗流中有一个很重要的问题,即基块孔隙中的油气如何才能进入裂缝中从而保持油井稳产所需的压力,对此问题进行了探讨.     

大尺度溶洞压力响应特征

缝洞型油藏数值模拟中的重点和难点是溶洞系统处理,现有解释模型不能有效解释、评价含大尺度裂缝洞穴的碳酸盐岩储层。将溶洞视为一个内部处处压力相等的整体,利用溶洞质量守恒原理建立了含大尺度溶洞缝洞型油藏数学模型,使用直接边界元方法计算了溶洞压力响应,求解计算得到了溶洞的大小及离井距离、窜流系数、储能比对溶洞压力响应曲线的影响,为缝洞型油藏数值模拟溶洞处理提供了参考依据。定产量开采时,溶洞压力导数先上升到一个峰值,然后下降到0。双孔介质油藏中裂缝窜流会使得上升段出现一个台阶,窜流系数影响着台阶出现时间和台阶的高低,储能比影响着台阶持续时间。溶洞半径相同情况下,离井距离越小,溶洞压力导数峰值越大。溶洞离井距离相同情况下,溶洞半径越大,压力导数峰值越小。     

致密油藏多级压裂水平裂缝井不稳态产能分析

新疆准噶尔盆地克拉玛依油田吉木萨尔（JMSE）凹陷二叠系芦草沟组（P₂l）是致密油储层主要层位。为提高单井产能,目前多采用多级分段压裂技术。以往对于水力压裂的研究多集中于压裂缝为垂直裂缝的情况,但目前已认识的垂直裂缝模型不能解释该区块实际资料,且通过理论及实验研究表明,由于天然裂缝方位与地应力的匹配关系,该区块在实际压裂过程中易产生水平裂缝。因此,目前的研究导致该储层在实施压裂生产而形成水平裂缝时缺乏理论指导。文中基于质量守恒定律,在同时考虑启动压力梯度、压力敏感性及有限导流压裂缝的情况下,建立了双孔单渗油藏中多级压裂水平裂缝井的无因次数学模型,采用隐式差分法和共轭梯度算法对无因次模型进行求解。通过数值模拟的方法依次研究了启动压力梯度、地层非均质系数、窜流系数、压力敏感系数、压裂缝导流能力、压裂缝条数对不稳态产能的影响。研究结果表明,裂缝参数及地层参数均对产能曲线有影响,故而在优选该类油藏的压裂方案时不仅要考虑裂缝参数,还要考虑到在地层压力降落时地层参数所带来的影响。     

利用测井资料求取地应力及压裂控制研究

通过常规测井资料求取岩石力学参数的方法研究、地应力的现场求取方法研究、地层孔隙压力的计算和地层破裂压力的计算方法研究，为现场进行压裂施工提供依据。在方法研究的基础上，自主开发了利用常规测井资料求取地应力剖面和压裂控制的解释平台，对实际测井资料进行处理解释，取得了满意的效果。