中国石油大学研究生岩石力学汇报分析

1、压力衰竭地层与地应力引言 油田在长期开发过程中 ,采油过程使地层的孔隙压力降低 ,注水过程使地层的孔隙压力升高。这一过程反复进行,使地层压力系统变得异常复杂,储层段的孔隙压力由于注采制度的变化已不是原始的地层孔隙压力。许多地区的勘探开发经验表明,如对开发区块的地层孔隙压力剖面掌握不清或缺乏整个区块地层压力资料,往往会造成开发方案和措施的失误和不当,出现井涌、井喷、井漏及井壁失稳等井下事故和复杂情况,影响整个区块的勘探开发进程,而且还会污染油层。 开发区块长期开发后储层的孔隙压力会发生变化, 导致原地应力特别是两水平主地应力的改变, 而地应力变化会引起地层破裂压力和坍塌压力更为复杂的变化。主 要

2、 内 容地应力的概念与规律孔隙压力变化对地应力的影响对安全钻井液密度窗口影响地应力的概念与规律11 地应力的概念与规律1.1 地应力的概念 地应力：地下某深度处岩石受到的周围岩体对它的挤压力。 一般在深度H处和岩体所受到的地应力可用三个主地应力来表示，一个为垂直向主地应力；另二个为相互垂直的二个水平主地应力。大多数情况下三个主地应力值是不相等的。 不同构造区域、不同性质地层地应力大小不同。1 地应力的概念与规律1.2 地应力的大小表示方法vhmaxhminH地表1 地应力的概念与规律1.3 地应力的来源上覆岩体的自重；地质构造运动产生的构造应力；地温梯度的不均匀性和地层中的水压梯度。1 地应力

3、的概念与规律 h v H根据断层特点确定地应力分布规律及地应力方向：最大水平主地应力方向平行断层延伸方向上覆地层压力v 最大水平主地应力H 最小水平主地应力h1.4 地应力的分布规律孔隙压力变化对地应力的影响22 孔隙压力变化对地应力的影响对于油层埋深较大, 油层厚度与油层分布尺寸相比很小的薄油层做如下假设:将储层看作均质各向同性线弹性体孔隙压力的变化只引起地层的垂向变形2 孔隙压力变化对地应力的影响根据广义虎克定律,开采前的应力-应变关系为:2 孔隙压力变化对地应力的影响2 孔隙压力变化对地应力的影响对安全钻井液密度窗口影响33压力衰竭对安全钻井液密度窗口影响规律 某油气田储层垂深约 360

4、0 m，原始地层参数为：地层压力 36 MPa，上覆岩层压力 84 MPa，水平最大地应力 67 MPa，水平最小地应力 59 MPa，地层黏聚力 5 MPa，内摩擦角 35，地层有效应力系数 0.8，泊松比 0.25。 利用上述数据对井壁失稳风险最大的水平最大地应力方向钻井时坍塌压力和破裂压力随井斜角及压力衰竭程度的变化情况进行计算，计算结果见图 1、图 2。图1最大水平地应力方向钻井时坍塌压力随井斜角变化规律图2最大水平地应力方向钻井时破裂压力随井斜角变化规律3压力衰竭对安全钻井液密度窗口影响规律3压力衰竭对安全钻井液密度窗口影响规律破裂压力对应的当量泥浆密度将低于1.25g/cm3，极易

5、造成钻井液漏失储层压力衰竭程度一定的情况下，随着井斜角的增大，坍塌压力逐渐升高，破裂压力逐渐降低，安全钻井液密度窗口逐渐收缩。3压力衰竭对安全钻井液密度窗口影响规律在压力衰竭储层钻进定向井时，存在一个临界井斜角，当井斜角小于该临界值时，压力衰竭使安全钻井液密度窗口变宽，井斜角大于该临界值时，压力衰竭使安全钻井液密度窗口变窄。中性角3压力衰竭对安全钻井液密度窗口影响规律3压力衰竭对安全钻井液密度窗口影响规律 以地层压力系数衰竭到0.4 为例，对密度窗口变化比K 随井斜角、方位角的变化规律进行分析，结果见图3。计算结果表明：不论朝任何方位钻进定向井，当井斜角较小时，压力衰竭使安全钻井液密度窗口变宽

6、，井斜角较大时，压力衰竭使安全钻井液密度窗口变窄。窄宽3压力衰竭对安全钻井液密度窗口影响规律1.61.822.20153045607590最小水平地应力方向破裂压力变化规律最小水平地应力方向破裂压力变化规律Pp=1.0Pp=0.8Pp=0.600.511.50153045607590最小水平地应力方向坍塌压力变化规律最小水平地应力方向坍塌压力变化规律Pp=1.0Pp=0.8Pp=0.6设计储层垂深约 3000 m，原始地层参数为：地层压力 36 MPa，上覆岩层压力 57 MPa，水平最大地应力 64 MPa，水平最小地应力 50 MPa，地层黏聚力 5 MPa，内摩擦角 35，地层有效应力系

7、数 0.8，泊松比 0.2。3压力衰竭对安全钻井液密度窗口影响规律压力下降至原来的1-t压力下降至原来的0.8-t压力下降至原来的0.6-t081D1MB2压力下降至原来0.8-t081D1MB2压力下降至原来1-t081D1MB2压力下降至原来0.6-t总结（1）与原始地层条件相比，在压力衰竭地层钻进定向井，井壁坍塌压力和破裂压力同时降低，降低幅度随压力衰竭程度的增加而增大。（2）如果地层压力衰减较为严重, 当钻井方位与水平最大主应力方位平行或接近平行且井斜角较大时, 破裂压力将降低至较低水平, 钻井安全密度窗口变窄, 钻井液密度调整余地较小。（3）在压力衰竭储层钻进定向井时，存在一个中性角

8、，当井斜角小于中性角时，压力衰竭使安全钻井液密度窗口变宽，井斜角大于中性角时，压力衰竭使安全钻井液密度窗口变窄。参考文献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闫传梁，邓金根，等.压力衰竭储层井壁稳定性变化规律研究J. 石油钻采工艺，2013,35（3）：5-8 p谭强,何辉,陈永浩,卢望红,段芳. 压力衰竭储层中定向井井壁稳定性分析J. 石