中國石油大學(xué)研究生巖石力學(xué)匯報

1、壓力衰竭地層與地應(yīng)力引言 油田在長期開發(fā)過程中 ,采油過程使地層的孔隙壓力降低 ,注水過程使地層的孔隙壓力升高。這一過程反復(fù)進(jìn)行,使地層壓力系統(tǒng)變得異常復(fù)雜,儲層段的孔隙壓力由于注采制度的變化已不是原始的地層孔隙壓力。許多地區(qū)的勘探開發(fā)經(jīng)驗表明,如對開發(fā)區(qū)塊的地層孔隙壓力剖面掌握不清或缺乏整個區(qū)塊地層壓力資料,往往會造成開發(fā)方案和措施的失誤和不當(dāng),出現(xiàn)井涌、井噴、井漏及井壁失穩(wěn)等井下事故和復(fù)雜情況,影響整個區(qū)塊的勘探開發(fā)進(jìn)程,而且還會污染油層。 開發(fā)區(qū)塊長期開發(fā)后儲層的孔隙壓力會發(fā)生變化, 導(dǎo)致原地應(yīng)力特別是兩水平主地應(yīng)力的改變, 而地應(yīng)力變化會引起地層破裂壓力和坍塌壓力更為復(fù)雜的變化。主 要

2、 內(nèi) 容地應(yīng)力的概念與規(guī)律孔隙壓力變化對地應(yīng)力的影響對安全鉆井液密度窗口影響地應(yīng)力的概念與規(guī)律11 地應(yīng)力的概念與規(guī)律1.1 地應(yīng)力的概念 地應(yīng)力：地下某深度處巖石受到的周圍巖體對它的擠壓力。 一般在深度H處和巖體所受到的地應(yīng)力可用三個主地應(yīng)力來表示，一個為垂直向主地應(yīng)力；另二個為相互垂直的二個水平主地應(yīng)力。大多數(shù)情況下三個主地應(yīng)力值是不相等的。 不同構(gòu)造區(qū)域、不同性質(zhì)地層地應(yīng)力大小不同。1 地應(yīng)力的概念與規(guī)律1.2 地應(yīng)力的大小表示方法vhmaxhminH地表1 地應(yīng)力的概念與規(guī)律1.3 地應(yīng)力的來源上覆巖體的自重；地質(zhì)構(gòu)造運動產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力；地溫梯度的不均勻性和地層中的水壓梯度。1 地應(yīng)力

3、的概念與規(guī)律 h v H根據(jù)斷層特點確定地應(yīng)力分布規(guī)律及地應(yīng)力方向：最大水平主地應(yīng)力方向平行斷層延伸方向上覆地層壓力v 最大水平主地應(yīng)力H 最小水平主地應(yīng)力h1.4 地應(yīng)力的分布規(guī)律孔隙壓力變化對地應(yīng)力的影響22 孔隙壓力變化對地應(yīng)力的影響對于油層埋深較大, 油層厚度與油層分布尺寸相比很小的薄油層做如下假設(shè):將儲層看作均質(zhì)各向同性線彈性體孔隙壓力的變化只引起地層的垂向變形2 孔隙壓力變化對地應(yīng)力的影響根據(jù)廣義虎克定律,開采前的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為:2 孔隙壓力變化對地應(yīng)力的影響2 孔隙壓力變化對地應(yīng)力的影響對安全鉆井液密度窗口影響33壓力衰竭對安全鉆井液密度窗口影響規(guī)律 某油氣田儲層垂深約 360

4、0 m，原始地層參數(shù)為：地層壓力 36 MPa，上覆巖層壓力 84 MPa，水平最大地應(yīng)力 67 MPa，水平最小地應(yīng)力 59 MPa，地層黏聚力 5 MPa，內(nèi)摩擦角 35，地層有效應(yīng)力系數(shù) 0.8，泊松比 0.25。 利用上述數(shù)據(jù)對井壁失穩(wěn)風(fēng)險最大的水平最大地應(yīng)力方向鉆井時坍塌壓力和破裂壓力隨井斜角及壓力衰竭程度的變化情況進(jìn)行計算，計算結(jié)果見圖 1、圖 2。圖1最大水平地應(yīng)力方向鉆井時坍塌壓力隨井斜角變化規(guī)律圖2最大水平地應(yīng)力方向鉆井時破裂壓力隨井斜角變化規(guī)律3壓力衰竭對安全鉆井液密度窗口影響規(guī)律3壓力衰竭對安全鉆井液密度窗口影響規(guī)律破裂壓力對應(yīng)的當(dāng)量泥漿密度將低于1.25g/cm3，極易

5、造成鉆井液漏失儲層壓力衰竭程度一定的情況下，隨著井斜角的增大，坍塌壓力逐漸升高，破裂壓力逐漸降低，安全鉆井液密度窗口逐漸收縮。3壓力衰竭對安全鉆井液密度窗口影響規(guī)律在壓力衰竭儲層鉆進(jìn)定向井時，存在一個臨界井斜角，當(dāng)井斜角小于該臨界值時，壓力衰竭使安全鉆井液密度窗口變寬，井斜角大于該臨界值時，壓力衰竭使安全鉆井液密度窗口變窄。中性角3壓力衰竭對安全鉆井液密度窗口影響規(guī)律3壓力衰竭對安全鉆井液密度窗口影響規(guī)律 以地層壓力系數(shù)衰竭到0.4 為例，對密度窗口變化比K 隨井斜角、方位角的變化規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)果見圖3。計算結(jié)果表明：不論朝任何方位鉆進(jìn)定向井，當(dāng)井斜角較小時，壓力衰竭使安全鉆井液密度窗口變寬

6、，井斜角較大時，壓力衰竭使安全鉆井液密度窗口變窄。窄寬3壓力衰竭對安全鉆井液密度窗口影響規(guī)律1.61.822.20153045607590最小水平地應(yīng)力方向破裂壓力變化規(guī)律最小水平地應(yīng)力方向破裂壓力變化規(guī)律Pp=1.0Pp=0.8Pp=0.600.511.50153045607590最小水平地應(yīng)力方向坍塌壓力變化規(guī)律最小水平地應(yīng)力方向坍塌壓力變化規(guī)律Pp=1.0Pp=0.8Pp=0.6設(shè)計儲層垂深約 3000 m，原始地層參數(shù)為：地層壓力 36 MPa，上覆巖層壓力 57 MPa，水平最大地應(yīng)力 64 MPa，水平最小地應(yīng)力 50 MPa，地層黏聚力 5 MPa，內(nèi)摩擦角 35，地層有效應(yīng)力系

7、數(shù) 0.8，泊松比 0.2。3壓力衰竭對安全鉆井液密度窗口影響規(guī)律壓力下降至原來的1-t壓力下降至原來的0.8-t壓力下降至原來的0.6-t081D1MB2壓力下降至原來0.8-t081D1MB2壓力下降至原來1-t081D1MB2壓力下降至原來0.6-t總結(jié)（1）與原始地層條件相比，在壓力衰竭地層鉆進(jìn)定向井，井壁坍塌壓力和破裂壓力同時降低，降低幅度隨壓力衰竭程度的增加而增大。（2）如果地層壓力衰減較為嚴(yán)重, 當(dāng)鉆井方位與水平最大主應(yīng)力方位平行或接近平行且井斜角較大時, 破裂壓力將降低至較低水平, 鉆井安全密度窗口變窄, 鉆井液密度調(diào)整余地較小。（3）在壓力衰竭儲層鉆進(jìn)定向井時，存在一個中性角

8、，當(dāng)井斜角小于中性角時，壓力衰竭使安全鉆井液密度窗口變寬，井斜角大于中性角時，壓力衰竭使安全鉆井液密度窗口變窄。參考文獻(xiàn)pJ.G.Parra,E.Celiset,al.Wellbore Stability Simulationsn for Underbalanced Drilling Operations in Highly Depleted Reserviors.SPE 65512,2000. pF.J. Santarelli, et al. Reservoir Stress Path: The Depletion and the ReboundJ.1998.pF.J. Santarelli, et al. The Skin Factor as a Rock Mechanics Diagnostic ToolJ.1998p閆傳梁，鄧金根，等.壓力衰竭儲層井壁穩(wěn)定性變化規(guī)律研究J. 石油鉆采工藝，2013,35（3）：5-8 p譚強(qiáng),何輝,陳永浩,盧望紅,段芳. 壓力衰竭儲層中定向井井壁穩(wěn)定性分析J. 石