利用测井资料计算地应力和地层压力课件

利用测井资料计算地应力和地层压力刘之的西安科技大学资源勘查系内容提要一、利用测井资料计算岩石力学二、地应力测井评价方法三、三个压力测井预测四、压裂高度预测

岩石动力学参数的计算岩石静力学参数的实验测定岩石动静力学参数的关系实现用测井资料连续计算岩石静力学参数一、岩石力学参数计算岩石各向异性计算岩石动力学参数确定计

算

公

式泊松比纵向应变与横向应变之比剪切模量施加应力与切向应变之比杨氏模量施加的单向应力与法向应变之比体积弹性模量流体静压力与体积应变之比地层压缩系数体积形变与流体静压力之比骨架压缩系数骨架体积变化与流体静压力之比Biot弹性系数与孔隙压力成比例动态弹性参数一、岩石力学参数的测井计算方法

结构力学参数确定

岩石抗张强度岩石抗剪强度单轴抗压强度无天然裂缝时：有天然裂缝时：(R=0.803)

=1.330+26.704(R=0.694)

岩石泊松比的测井计算方法1.构建横波时差，进而计算泊松比（5）（4）（3）（6）构建的横波时差与实测横波时差比较

92.92687.51190.27489.36290.89392.01992.79894.12891.24493.29191.37995.47394.24390.87794.79692.92190.88491.57089.62093.65495.96292.69895.65494.84792.75289.46092.04091.42397.77194.47797.06796.72793.55990.33392.85592.34690.15490.71791.32292.75294.62791.57094.37993.65496.98894.21496.71596.44993.46792.02494.79594.13493.97190.41092.66492.42792.82690.61893.55892.647101.66292.27195.32494.39485.60987.77687.49589.642100.34493.47396.67695.666(R=0.48)

(R=0.71)

2.利用常规测井资料直接求取泊松比（8）（7）（9）多种方法计算的岩石泊松比对比表12345670.3270.2960.3130.3080.2960.2010.2430.2010.2630.2780.2650.2920.2990.2310.2290.1730.2790.2830.2700.2970.2990.2220.2370.1720.3100.2900.3060.3020.2960.2110.2540.2040.3070.2870.3030.3000.2960.2150.2590.2160.3030.2830.3010.2970.2950.2220.2610.2120.2920.2820.3000.2960.2950.2240.2510.2090.3000.2860.3050.2990.2950.2170.2430.2000.2800.2950.2930.3070.3000.2020.2690.2020.2740.2820.2870.2960.2970.2240.2850.2090.3060.2860.3100.2990.2940.2180.2460.1790.3010.2800.2990.2940.2950.2280.2450.195力学参数识别岩性泊松比-体积模量交会图

泊松比-杨氏模量交会图

室内测试得到的岩石力学参数和测井计算得到的趋势是一致的，但其值之间有一定的误差。为此，需要建立动静态力学参数间的转换关系。白005井岩石动静态力学参数对比

岩石动静力学参数转换系数K1.0-0.90.9-0.80.8-0.70.7-0.65<0.65D1.0-0.750.75-0.450.45-0.250.25-0.20.2-0.1K与D的关系式为：D=2.3717K-1.3949,其中K=V/Vma,D=Es/Ed单井岩石力学参数处理与裂缝发育程度评价评价裂缝发育程度的指标完整性系数破裂系数裂缝发育程度指标I

岩石稳定系数裂缝识别X井岩石力学参数识别裂缝x井岩石力学参数识别裂缝1.地应力方向的确定方法

A、井壁崩落法

B、压裂缝法

C、应力释放裂缝法

D、横波各向异性法二、地应力测井评价方法井眼崩落A、井壁崩落法

1、地应力方向的确定

A、井壁崩落法

溶蚀性垮塌冲刷性垮塌键槽性垮塌塑性变形地应力性崩落B、压裂缝法h

HC、应力释放裂缝法应力释放裂缝的走向指示最大水平主应力的方向最大水平主应力方向为近东西D、横波各向异性法13井斜角时差(us/ft)SVSH入射横波反射横波法线利用地层各向异性确定地应力的方向X井最大水平主应力方向——东西向最大水平主应力方向——东西向D、横波各向异性法用测井资料计算现今构造应力的理论基础静地应力:上覆岩层压力动地应力:构造应力现代构造应力泥浆柱压力三轴向应力孔隙流体压力法向应力剪切应力有效井周应力有效径向应力三轴向应力

Sz

Sy

Sx大地应力井下就地应力古构造应力

井壁破裂测井响应岩石力学性质2.就地应力大小的确定（1）就地应力的直接测量法

*水力压裂法*岩石声发射测量法*井眼漏失测试法

（2）用常规测井资料计算地应力的大小

*井眼崩落法

*压裂分析法（3）用成像测井资料计算地应力的大小左巴克教授(Zoback)推出的应力与井壁崩落的关系式：定量判别式：只用崩落宽度计算地应力的模型：

利用成像测井寻找井壁应力诱导压裂平衡点，进而建立的地应力计算模型为：(1)(2)

(1)用上覆岩层压力值约束水平地应力值

(2)用各向异性系数估算水平地应力的比值

(3)以成像测井剖面为最终的约束条件

地应力计算精度的提高与结果检验三、三个压力测井预测

（1）地层孔隙压力预测方法概述钻前评估

随钻评估

钻后评估

1.地层孔隙压力测井计算方法

由Terzaghi有效应力定理知，地层孔隙压力与岩石的有效应力之间存在如下关系测井Vp/Vs：=624.06e(-1.4035Vp/Vs)(10)测井：=96.768e-2.4772

(11)实验：=104.58e-2.6793(12)

（2）有效应力法由川东北部罗家寨构造和紫水坝构造的一些井的飞仙关组地层已知井段的地层压力数据求得对应的A、B系数为：A=0.001073，B=-12.0064。则采用此法预测飞仙关组地层压力的公式为：G.L.Bowes有效应力计算模型：X构造地层孔隙压力预测结果比较

井名深度(m)预测值（MPa）实测值（MPa）绝对误差X井2964.528.96030.595-1.635X井2978.030.12030.5430.423X井3248.037.97240.454-2.482X井3488.038.29640.589-2.293X井3599.040.84242.008-1.166X井3938.040.42742.444-2.0172.地层坍塌压力的测井预测方法基于摩尔－库仑准则建立的地层坍塌压力计算模型为：

◆伊顿模型

◆安德森模型

◆冯启宁模型

◆黄荣樽模型

◆谭廷栋模型

3.地层破裂压力的测井预测方法

上述模型可概括为

以三向地应力模型作为建立提取地层破裂压力数学公式的理论依据，在对谭氏破裂压力预测公式进行修正与补充的基础上，经过一系列的推导之后建立的适合于碳酸盐岩地层的破裂压力预测模型为：

用该法预测LJ7井3096米的地层破裂压力是76.876MPa，而实测的地层破裂压力是76.914MPa，这说明该法的预测精度完全能够满足于碳酸盐岩地层安全泥浆密度上限设计的要求。地层破裂压力的测井预测新方法

(1)钻井液密度安全窗口的确定

★

钻井液密度与井壁围岩破坏的关系

井内钻井液柱压力不能平衡地层孔隙压力，就会发生井喷；如果井内钻井液柱压力低于地层坍塌压力，井壁岩石将产生剪切破坏,井壁坍塌；如果井内钻井液柱压力超过地层破裂压力，就会发生张性破裂，发生井漏或压差卡钻。

★科学合理地确定钻井液密度

3.防止井壁失稳对策研究(2)防止川东北部地区碳酸盐岩地层井壁失稳的对策

●地应力引起井壁失稳对策

★优化井身结构、科学选择中间套管层数和下深★根据油气藏地质构造特征，科学选择大位移井(定向井)

的井斜角和方位角★科学合理地选用钻井液密度X井2020~2120米井段井壁稳定性测井评价成果图

X井2945~3045米井段井壁稳定性测井评价成果图

X井DSI和FMI处理成果图

2020~2120米、2945~3045米井段，井眼发生崩落，井眼扩大率超过10%，实际使用的泥浆密度是1.32、1.35g/cm3,这说明实际使用的泥浆密度偏小，不足以维持井眼稳定，而本研究预测的泥浆密度为(分别为1.343+0.062g/cm3、1.402+0.062g/cm3)能够很好地在钻井过程中维持井壁稳定。崩落井段

(m)井眼扩大率(%)PP(MPa)Pb(MPa)Pf(MPa)H(MPa)h(MPa)P0(MPa)Pbmd(g/cm3)Pfmd(g/cm3)2020~212013.94321.05426.25140.42151.19322.43548.3651.343+0.0621.9022945~304510.58133.01340.03560.64978.89134.17573.4211.402+0.0622.066x9井崩落井段测井处理成果表

X井3005~3035米井段井壁稳定性测井评价成果图

x2井统计的快横波方位角图统计的优势快横波方位角为65度，表明最大水平主应力为近东西向，FMI的井眼崩落方向为近南北向，两者结果一致。

3015~3030米井段，井眼明显发生崩落，井眼扩大率为21.27%，实际使用的泥浆密度是1.30g/cm3,这说明实际使用的泥浆密度值偏小，不足以维持井眼稳定，而本研究预测的泥浆密度为(1.337+0.043g/cm3)能够很好地在钻井过程中维持井壁稳定。

崩落井段(m)井眼扩大率(%)PP(MPa)Pb(MPa)Pf(MPa)H(MPa)h(MPa)P0(MPa)Pbmd(g/cm3)Pfmd(g/cm3)3015~303021.27021.27031.12439.60074.14936.15970.3131.337+0.0431.828x2井崩落井段测井处理成果表

在钻井工程上的应用安全泥浆密度范围与井斜角的关系（上覆岩层压力为最大主应力时的情况）直井最安全，向较大水平主应力方向钻水平井最不安全！井壁崩落区井壁压裂和井壁崩落同时发生区安全区钻井液密度井斜角优化井身轨迹

与地应力方向的关系实例：X1井泥浆密度、井斜方位、井斜角与井眼稳定性的关系X1井4300米处，条件：上覆岩层压力为中间主应力，南北向为最小水平主应力方向UCS’=290Mpa,T=15Mpa,=45,=0.31,=0.3,v=113.3Mpa,H=163.3Mpa,h=98.8Mpa,Pp=47.2Mpa,向H钻井壁应力差为14.5mpa;向h钻钻井壁应力差为50mpa结论：向H方向，打水平井，最安全！H在压裂酸化工程中的应用A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10B1地应力形成的椭圆井眼长轴方向椭圆井眼的长轴方向局部构