地层破裂压力预测研究

2022/12/91地层破裂压力预测研究二零零六年八月汇报人：黄文新长江大学地球物理与石油资源学院地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第1页!2022/12/92一、主要研究内容二、主要工作三、地层破裂压力预测基本原理四、Forward平台下的软件设计模块五、应用实例汇报内容地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第2页!2022/12/93主要研究内容（1）地应力解释模型和计算方法研究各向同性模型

各向异性模型地层应力破裂压力井壁坍塌压力井眼稳定性地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第3页!2022/12/94（2）压裂造缝的横向预测技术研究；造缝高度造缝宽度造缝径向长度（3）Forward平台下软件开发解释流程界面化地应力计算模块压裂造缝模块地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第4页!2022/12/95地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第5页!2022/12/961）各向同性地应力计算模型（一）、地应力计算模型

利用电缆地层测试或压力恢复测试资料，在不考虑构造应力影响情况下，各向同性模型计算水平应力公式为：PR—

泊松比Pob—

上覆岩层压力Pp—

孔隙流体压力α—Biot常量针对：声波全波测井偶极横波测井无横波资料地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第6页!2022/12/972）各向异性地应力计算模型

应力与泊松比的关系:

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第7页!2022/12/983)基于应力与应变关系的地应力计算模式

Sx、Sy——耦合系数

针对：正交偶极横波测井

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第8页!2022/12/99将板两端承受x方向的压力，与井轴距离r并与按反时针方向成角处的径向应力、周向应力、剪切应力分别表示为：地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第9页!2022/12/9103地层破裂压力计算从力学上说，地层破裂压力是由于井内泥浆密度过大使岩石所受的周向应力超过岩石的拉伸强度所造成，即为拉伸强度）。当钻井泥浆柱压力地层可能被钻裂。

地层破裂压力：地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第10页!2022/12/911（五）井壁坍塌压力的计算

岩石剪切破坏与否主要受岩石所受到的最大最小应力控制，的差值越大，井壁越易坍塌，从井壁受力状态中可以发现岩石的最大最小主应力分别为其周向应力和径向应力，这说明导致井眼失稳的关键原因是井壁岩石所受的周向应力和径向应力差值，即大小:井壁坍塌压力:C—岩石固有剪切强度Mpa地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第11页!2022/12/9126水力压裂二维裂缝扩展模型在两维压裂模型中，裂缝延伸过程中裂缝高度假设不变，可变量为宽度和长度（或裂缝半径）

1、PKN模型PKN裂缝扩展示意图

假设：

裂缝有一个固定高度，与缝长无关与裂缝扩展方向垂直的横截面中的液体压力P为常数每一个垂直截面独立变形，不受邻近截面的妨碍

在垂直于裂缝长轴的平面内，裂缝面一般保持为椭圆形地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第12页!2022/12/913PKN模型计算公式GdK模型计算公式缝长缝宽缝长缝宽C1

C2C4C5——模型系数，t—时间（分）地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第13页!2022/12/914

利用Forward提供的SDK开发软件包中的测井处理框架，编制了四个计算模块。所有方法均采用C语言在VisualC++6.0环境下编制。测井处理框架是一种基于logFrame底层的多文档或单文档应用程序，logFrame底层定义了

应用类ClogFrameApp

主窗口类ClogMDIMainFrame

子窗口类ClogchildFrame

文档类ClogPrecessDoc

视图类ClogProcessWiew

及许多图形对象类，应用软件仅需要完成自己的处理方法对象类，通过底层函数，应用程序可以访问所有的图形对象，修改图形的显示方式，控制鼠标动作，加入自己的图形对象，形成一个应用程序。地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第14页!2022/12/915地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第15页!2022/12/916地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第16页!2022/12/917地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第17页!2022/12/918地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第18页!2022/12/919石002井井眼坍塌和稳定性预测图实测破裂压力值：Pf=96.9Mpa处理破裂压力值：Pf=97.5Mpa地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第19页!2022/12/920石002井破裂压力裂缝长宽高预测图地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第20页!2022/12/921地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第21页!2022/12/922

T85489井各向异性模型计算地应力图地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第22页!2022/12/923T85489井井眼坍塌和稳定性预测（各向同性）图地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第23页!2022/12/924T85489井破裂压力裂缝长宽高度预测图地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第24页!2022/12/925二、完成的主要工作完成的主要工作

地应力计算模型

各向同性和各向异性地应力计算模型

地层破裂压力计算井壁坍塌压力的计算安全钻井泥浆密度确定水力压裂二维裂缝扩展模型

Forward平台下的软件设计模块

各向同性模型地应力计算模块各向异性模型地应力计算模块井眼坍塌和稳定性预测模块水力压裂计算模块

处理了五口井的资料

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第25页!2022/12/926三、地层破裂压力预测基本原理1地应力计算模型2井壁上的应力分布3地层破裂压力计算4井壁坍塌压力的计算5安全钻井泥浆密度确定6水力压裂二维裂缝扩展模型地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第26页!2022/12/927二、地层破裂压力预测基本原理

地应力计算主要有以下几个方面的优势：（1）可充分利用测井资料提供的大量信息，方便、迅速地得到沿深度连续分布的地应力剖面，对没有进行地应力实测的地层可计算得到较为准确的地应力数据。（2）节省昂贵的地应力测试费用，具有很大的经济意义。（3）对计算得到的连续地应力剖面可以进行数学分层处理。（4）利用地应力计算可对油田开发过程中地应力场的变化规律分析。1地应力计算模型

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第27页!2022/12/928考虑到孔隙流体压力的影响，x和y方向的地应力表达式为：E—

杨氏模量针对：正交偶极横波测井

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第28页!2022/12/9292井壁上的应力分布

井壁周围应力分布示意图

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第29页!2022/12/930

如果考虑井中泥浆柱及孔隙压力的影响,井壁径向和周向应力分布关系表达式如下：PM—泥浆柱压力Mpa地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第30页!2022/12/9314井壁坍塌压力的计算库仑-摩尔准则

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第31页!2022/12/9325安全钻井泥浆密度确定最小最大安全钻井液密度计算表达式为：

从力学的角度来说，造成井壁失稳的原因主要是由于地应力和井内泥浆柱压力联合作用于井壁上的应力超过岩石的强度而引起的剪切破坏或拉伸破坏，井内浆柱压力过低时，脆性地层会产生坍塌掉块而使井径扩大，塑性地层则向井眼内产生塑性变形而造成缩径，井内泥桨柱压力过高时，脆性地层易产生裂缝，疏松地层易渗漏安全钻井泥浆密度计算

分别为最小、最大安全钻井泥浆密度个g/cm3地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第32页!2022/12/9332、Gdk模型GdK裂缝扩展示意图假设：缝高依然是固定的.

裂缝宽度与缝高无关裂缝形状在平面上为椭圆形，在垂直面上为矩形地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第33页!2022/12/934四、Forward平台下的软件设计模块

1各向同性模型地应力计算模块2各向异性模型地应力计算模块井眼坍塌和稳定性预测模块4水力压裂计算模块

准噶尔盆地地层破裂压力预测操作手册一、安装环境————————————————————————2二、生成测井处理框架———————————————————

2三、形成在Forward环境下的可执行程序————————————

6四、Forward下运行执行程序—————————————————6五、各模块的操作及说明———————————————————71各向同性模型地应力计算模块————————————————72各向异性模型地应力计算模块————————————————93井眼坍塌和稳定性预测模块—————————————————114水力压裂计算模块—————————————————————13六、参数卡实例———————————————————————16软件操作参看操作手册地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第34页!2022/12/9351、各向同性模型地应力计算模块

该模块主要是针对测井提供的纵波、横波资料所设计的计算模块，主要通过测井资料，计算各向同性弹性参数及相关参数，利用各向同性模型计算地应力。

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第35页!2022/12/9362各向异性模型地应力计算模块

该模块主要是针对测井提供的正交偶极横波资料所设计的计算模块,利用正交偶极横波资料的快横波和慢横波时差，结合其它资料，计算不同方向的弹性参数及其它参数，采用两种模型计算地应力。当快慢横波相等时，计算的水平应力大小相同，否则它们大小有差异，反映地层呈各向异性。

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第36页!2022/12/9373、井眼坍塌和稳定性预测模块

该模块是在各向同性和各向异性模型地应力计算完成后，根据计算结果，计算井眼坍塌压力和最大最小安全钻井泥浆密度，即井眼稳定性预测。

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第37页!2022/12/9384、水力压裂计算模块

该模块首先用水平应力预测不同地面压力增量（如150psi、300psi…）下，水力压裂后的裂缝高度，根据PKN和GdK二维裂缝模型计算高度一定的情况下，裂缝宽度和长度。地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第38页!2022/12/939石002井各向同性模型计算地应力图实测应力值：σx=74.1Mpaσy=81.8Mpa处理应力值：σx=72.2Mpaσy=81.6Mpa五、应用实例

地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第39页!2022/12/940

石002井水力压裂预测图地层破裂压力预测研究共45页，您现在浏览的是第40页!2022/12/941石002井破裂压力裂缝长宽高预测饼