岩石力学地层新方法在深部煤层气勘探开发“甜点”预测中的应用

“甜点”预测是深部煤层气勘探开发的重点和难点领域,制约深部煤层气能否实现规模效益开发。传统“甜点”预测方法是将地质“甜点”或工程“甜点”单独研究,基于地质—工程一体化理念的“甜点”预测/评价体系亟待建立,当务之急是找到有效的理论方法去实现深部煤层气地质“甜点”与工程“甜点”的有机统一。岩石力学地层(学)具有衔接煤层气地质与储层工程的固有属性与先天优势,为攻克深部煤层气“甜点”一体化预测的技术难题提供了新方法。笔者梳理分析了深部煤层气地质“甜点”与工程“甜点”的发育特征及其预测面临的难题与挑战,讨论提出了深部煤层气“甜点”一体化预测的岩石力学地层方法,探索开展了基于岩石力学地层的深部煤层气“甜点”预测的应用研究。研究结果表明：岩石力学地层控制下的深部煤储层的天然裂隙发育规律是深部煤层气地质“甜点”预测的关键制约条件,而在岩石力学地层控制下的压裂诱导的裂缝发育规律、储层岩石物理变化与储层可改造性则是深部煤层气工程“甜点”评价的核心因素;以岩石力学地层为桥梁纽带和方法机制,可实现深部煤储层沉积成岩作用—岩石力学特征—地质构造与地应力场特征—地质成藏响应—储层工程响应—深部煤层气“甜点”一体化...     

有限元法在地应力研究中的应用

有限元法是一种可以在计算机上用软件来实现的数值模拟方法,对地应力场的研究有很大的帮助。介绍了有限元法的应用背景、应用原理和思路、应用前景等,论述了有限元法在地应力场研究中的作用,指出依据实测的地应力资料,结合区域构造格架、材料属性和单元类型、网格划分、边界约束条件、反演检验等要素,利用有限元法建立研究区域地应力场计算模型,相应地得出该地区的地应力场分布情况,通过反演检验、不断调整计算模型,使模拟的地应力场分布情况与实际情况最大程度地接近,从而可以解决地应力场在平面和空间上的展布问题,为油气田的地质勘探、工程开发和煤田的开采提供理论依据。     

三维地应力建模新技术在长宁深层页岩气区块的应用

地质工程一体化研究思路是页岩气勘探开发的有效手段,而地应力是地质工程一体化研究思路中的重要考虑因素,如何建立可靠且适应页岩气地层岩石力学评价的地应力模型有重要意义。文章考虑传统三维地应力建模方法受到有限元模拟力学边界条件的制约,提出了一种新的页岩气三维地应力建模方法—以单井地应力模型为基础,综合考虑密度积分、欠压实作用、有效应力比及地质统计学等相关理论和方法,获取描述地应力各个要素的三维模型,通过在长宁区块宁209井区深层的研究工作,证实了建模方法在页岩气三维地应力规律研究中具有很好的可靠性和实用性。     

合水地区庄19井区长8_2储层现今地应力场有限元模拟

以长庆油田合水地区庄19井区长82储层作为研究对象,根据其地层及岩石力学性质特征,建立了研究区地质及力学模型,选取实测地应力大小和方向作为反演准则,利用有限元方法计算了该区现今地应力场分布,并将模拟结果与储层参数及生产特征进行了对比,总结了三者之间的对应关系并探讨了内在联系。现今地应力场模拟结果可为该地区井网部署、优化及整体压裂规划等工作提供科学参考。     

蠕变地层中套管外载的有限元数值分析法

地应力与井眼稳定、井筒压力系统控制、井眼井斜及方位的控制和井身 结构的确定紧密相关。因此地应力场的研究是钻井工种设计的基础工作之一。目前国内外对地应力作用下的套管外载的研究非常重视，相继开展了室内模拟试验和有关理论的研究。文中主要用有限元数值分析法研究蠕变地层中地应力对套管外载的影响。     

利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法

准确获取深部地层地应力的方向和大小,对于井眼轨道设计、井壁稳定、压裂增产等具有重要意义。重点研究了利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力的方法,提出结合测井资料分析采用数值模拟方法反演最大水平主应力大小的方法。研究表明:利用井眼坍塌信息求取最大水平主应力大小的数值模拟方法可行,能够真实反映深部地层的应力环境、地层岩石的力学特性,比较准确地确定最大水平主应力的大小,且方法简单易行。      

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分析和评述了从30年代以来国内外关于复杂地层套管破坏机理研究的发展过程和动态,提出目前尚未解决的问题就是“复杂空间力学系统地层”与套管破坏的各种耦合的数学、力学问题。因此提出首先要解决复杂地层数学模型、力学模型、以及地层与水泥环及套管之间的力学耦合问题,并且必须研究复杂地层遇水膨胀、地层滑动、地层蠕动、地表地层升降使套管破坏与地应力场状态关系,根据复杂地层套管破坏井段地质构造图、地震资料、测井资料及套管破坏特征,反演出整个研究地层区块现代地应力场。同时提出了用计算机数值模拟技术为主要研究手段及对现代地应力场的研究是今后复杂地层套管坏机理与预防措施研究的发展方向。该研究是一门综合性的、学科间大跨度交叉的边缘学科研究,将对地应力理论和推动地球科学、数理科学的发展具有重大的科学意义。     

海拉尔盆地复杂岩性储层三维地应力模拟研究

海拉尔盆地呼南次凹南一段储层岩性复杂,开发难度大。为明确地应力分布情况,以区块地质、构造、沉积特征为基础,结合室内实验结果,采用非均质连续介质力学模型处理断层,建立了基于有限元的复杂岩性储层三维地应力模型,模拟了该区块地应力分布情况,分析了区块地应力场空间分布规律。研究结果表明,深度、断层是影响地层水平主应力分布的重要因素,深度增加,地层水平主应力增加;断层附近存在应力集中区域,极大影响水平主应力。应用三维地应力数值模型计算不同井相应深度处的地应力大小,与实例井测试压裂解释应力结果符合率90%以上。该研究可为海拉尔盆地复杂岩性储层压裂设计提供指导,为区块高效开发奠定基础。     

有限元构造应力场研究在苏里格气田水平井开发中的应用

建立了苏里格气田的地质构造模型,利用有限元分析方法,对苏里格气田进行了地应力场有限元反演和三维构造应力场的数值模拟,模拟出区域最大主应力、最小主应力、最大剪应力和岩石应变能的分布规律,进而预测区域天然裂缝的分布规律,同时分析了构造应力场在水平井压裂中对水力裂缝启裂方位、裂缝规模的控制作用等,为气田水平井整体开发井网部署及压裂设计提供借鉴。     

开发过程中三场耦合的数学模型

以岩石力学、渗流力学和传热学的理论为基础,研究油藏非等温情况下流体渗流与岩体变形之间相互的力学作用,建立三场（渗流场、温度场和应力场）及其耦合作用时的数学方程。为研究稠油油藏油气的运移规律,准确进行油藏数值模拟提供理论基础。研究表明：在石油开采过程中,流体渗流与岩体变形存在耦合作用;在稠油热采过程中,还要考虑温度场的影响。流体渗流场、地应力场和地温场相互耦合的数学模型为非线性动力学模型。该模型除可用于油藏数值模拟外,还可用于深部地下工程和地热能源的开发。     

水力深穿透射孔技术用于底水油藏开发

根据油田实际生产资料，从数学解析和数值模拟两方面研究了水力深穿透射孔技术对底水油藏的开发效果。研究表明：理想完井状态下，水力深穿透射孔井的开发效果好于直井，在射孔总长度一定时，射开一个长孔比射开多个短孔的开发效果要好；完井污染状态下，射孔深度大于污染表皮半径时，射开多个短孔比射开一个长孔的开发效果要好。储层的污染程度对水力深穿透射孔井的开发效果有较大的影响，确定水力深穿透射孔井完井方案，需要准确了解储层的污染程度。     

深井超深井井底应力场

深井超深井钻井技术对加快我国石油勘探开发进程具有重要意义,深井超深井井底应力场是破岩机理研究进而提高机械钻速的基础。针对井深4500～7000 m时3种不同地应力状态下的井底岩石应力分布规律进行研究,在井底岩石力学分析的基础上,建立了考虑孔隙压力和垂直、水平最大和最小三向地应力差下的流固耦合模型,并采用数值方法进行求解。结果表明,岩石内部孔隙压力以约呈井眼径向距离的–0.055次幂减小;当井深一定时,垂直总地应力为最小地应力时,岩石所受围压最大,为中间主应力时次之,为最大地应力时最小;当地应力状态相同时,随着井深增加,岩石所受围压呈线性增加,导致岩石塑性强度增加,这是深井超深井机械钻速低的主要原因之一。深井超深井井底应力场的定量研究对深井超深井破岩机理研究和提高机械钻速具有重要的理论指导意义。     

川南泸州地区五峰组—龙马溪组古构造应力场及裂缝特征

川南泸州地区为深层页岩气勘探的重点区,中生代以来经历了多期构造运动,下古生界五峰组—龙马溪组深层页岩储层的裂缝主要受控于区域古构造应力场.为了探究泸州地区有利的深层页岩勘探区,以其五峰组—龙马溪组深层页岩地层为研究对象,以褶皱断裂系统、地震资料综合解释、埋深古构造图和页岩岩石力学参数测试为基础,开展了目的层燕山期Ⅲ幕(...     

高压水射流理论及其在石油工程中应用研究进展

近年来新型水射流理论研究及其在石油工程中的应用进展主要包括：①自激振荡射流调制机理研究，创制了新型高效自振空化射流，发明了自激振荡射流钻头，首创了自振旋转射流处理近井地层解堵增产增注技术和自激波动注水技术。②机械及水力联合破岩理论研究，揭示了在钻井压入与旋转双向应力作用下，岩石裂纹形成和发展规律，建立了联合破岩钻头设计理论。③旋转射流理论和破岩机理研究，研制了径向水平钻井技术。①磨料射流特性和参数影响规律研究，优化了水力喷砂射孔参数设计，发展和完善了水力喷砂射孔技术。⑤高压水射液深穿透水力射孔及辅助压裂可行性研究，不仅可以提高射孔和压裂效率，而且为油田(特别是低渗透油藏)增产增注提供了一种有效方法。⑥双射流理论及其特性研究，双射流有利于形成大而深的破岩孔道，避免孔眼凸底的形成。可以提高射流破岩钻孔效率。⑦探索超高压射流辅助破岩理论及辅助钻井新方法，建立了超高压射流辅助破岩的三维PDC钻头模型。参18     

地球科学新理论、新技术在油气勘探中的应用

石油作为一种不可替代的能源（就目前而言）,在全球经济发展和人类社会文明进程中起到越来越重要的作用。但是,随着油气勘探工作的不断深入,勘探程度的逐年提高,油气勘探难度亦愈来愈大。在“背斜理论”指导下,容易找到的背斜油气藏多已被发现,目前,所面对的是越来越复杂的油气勘探对象。然而,地球科学的新理论．如沉积盆地动力学、含油气系统、深盆气地质、成藏动力学等新理论的产生与发展,为我国和世界油气勘探的稳步发展奠定了科学的理论基础。地球科学的新方法如盆地分析模拟技术、油藏描述技术、成像测井技术等新技术的出现和应用。为油气进一步勘探提供了技术保证。     

钻井液密度窗口随钻预测理论及其工程应用

将岩石力学方法与地震勘探理论相结合,通过考察地震记录、岩石物理参数与孔隙压力之间的定量关系,建立了利用地震数据直接反演孔隙压力的模型。根据岩石力学参数地质统计特性,实钻过程中充分利用录井、钻井等实时信息,通过随机反演方法随钻预测钻头前方待钻地层的孔隙压力。依据孔隙压力反演结果进一步求取地应力、岩石强度、坍塌压力与破裂压力,通过对预测参数的综合分析,最终实现对待钻井段的安全钻井液密度窗口进行随钻预测。该方法在川东北HB探区的2口深探井进行了工程应用,现场应用情况表明该方法预测精度较高、实时操作简捷、计算过程稳定,具备良好的随钻适用性。     

青西油田构造应力场数值模拟及裂缝分布预测

青西油田主要为裂缝性储集，裂缝是油气的主要储集空间和控制油富集的因素，为了更好地预测裂缝的分布区域和发育程度，用有限元方法对主要储集层下沟组一段和下沟组三段喜马拉雅运动期进行了构告应力场数值模拟。根据构造演化、岩心和测井资料确定青西油田储集层有效裂缝的主要类型为低角度斜交缝、层间缝和少量高角度缝。应用构造应力场数值模拟结果，根据库伦-摩尔破裂准则，进行了构造裂缝预测。预测结果表明，研究区裂缝普遍发育，发育程度较高地地区主要位于油田的东部和南部，而高产井均位于裂缝发育程度较高的地区。因此，裂缝发育程度高的地区是较好的油气勘探开发区。     

玛湖油田致密砾岩油藏压裂数值模拟研究

为全方位掌握玛湖油田致密砾岩储层条件,减小井间裂缝干扰,实现精准压裂并完成产能预测,采用地质、地应力、压裂耦合的模拟方法,建立三维数值模型。以玛湖致密油藏试验区为例,依据现有地质资料完成单井地应力模型,在此基础上建立准确的三维地应力模型,并加载人工裂缝模型,通过耦合压裂模型,研究区域压裂施工完成后地应力随时间与空间的变化规律,并与静态地质条件下的人工裂缝形态进行对比。研究表明:三维数值模型拟合得到的生产指标准确性高,具有实用价值。利用三维数值模型得到玛湖致密油藏试验区X井工程参数并进行压裂施工,投产后300 d内平均日产油量为23.4 t/d,平均油压为22.3 MPa,稳产时间长。该研究对于优化压裂设计、降低应力阴影的干扰具有指导意义。     

深探井和超深探井钻井的难点分析和对策探讨

当前,勘探工作是我国陆上石油工业的重中之重。根据全国第二次油气资源评价,在深部地层有丰富的油气资源尚未探明,故今后深井和超深井的钻井工作量会有较大幅度的增加。因此,打好打快深探井和超深探井是陆上钻井工作者面临的光荣而又艰巨的任务。文中介绍了陆上石油深井钻井的基本情况,说明新区的深探井、超深探井钻井工作还不适应陆上石油工业当前发展的要求;分析了深探井钻井存在的工艺技术难点,对解决难点的对策进行了探讨,并提出了建议。