地层孔隙压力对井壁附近应力分布的影响

利用莫尔-库仑准则分析了地层孔隙压力对井壁附近应力分布的影响，模拟了井眼周围介质发生形变后地层孔降压力的变化模式，计算了地层孔隙介质在弹、塑性条件下，井壁发生屈服的塑性半径，从定量的角度证实了孔隙压力是影响井壁失稳的主要因素．分析认为，在假设井壁周围应力集中，地层孔隙压力是非均匀的、变化的条件下，裂缝内或孔隙内流体的流动是孔隙压力传递的途径，井眼周围的受力及介质特性的变化是导致井眼不稳定的主要原因．     

地层孔隙压力变化对井壁稳定性的影响研究

受长期注采工程作业的影响,地层孔隙压力将发生大幅度波动,从而导致地层的岩石强度、地应力相对开采初期已发生较大变化,且横向分布更为复杂,进而诱发、加剧井壁失稳,井下复杂状况频发。理论与实验相结合研究了孔隙压力变化对砂岩地层岩石强度及地层坍塌压力的影响,结果表明：（1）岩石强度与地层孔隙压力呈负相关,随地层孔隙压力增大,地层岩石强度、弹性模量呈线性递减;（2）地层孔隙压力变化将影响调整井的井壁稳定状态,压裂、注水、注聚等工程作业导致井周地层孔隙压力增大,将加剧井眼失稳;而在一定限度内,油气的压力衰减式开采将降低地层坍塌压力,利于井眼保持稳定。     

深水探井钻前含可信度的地层孔隙压力确立方法

针对深水探井钻井可参考信息有限的特点,提出改进的计算上覆岩层压力梯度和建立时深关系的方法.利用概率统计理论,研究Eaton法中各个参数对最终结果的影响规律和相互关系,提出基于层速度的有效应力法与Eaton法联合预测地层孔隙压力的方法,建立了含有可信度的地层孔隙压力剖面,使其不再是一条单一的曲线,而是具有可信度信息的区间.可信度越大,得出的地层孔隙压力梯度区间越大,其不确定范围越大;反之,虽然压力梯度的不确定范围缩小,但其可信程度也随之降低;地层孔隙压力的异常高压程度越剧烈,其压力区间也越大.西非深水区域一口探井计算结果与实测压力值具有较好的一致性.     

弱面地层斜井井壁稳定性分析

建立了弱面地层数学模型,分析了斜井井壁岩石应力状态,推导出了井壁岩石最大主应力与低强度地层（弱面地层）法向夹角的计算公式,建立了用于大倾角地层钻井液密度安全下限的力学模型,详细分析了倾斜地层的倾角和走向对井壁稳定性的影响。研究结果表明,弱面地层的存在易使井壁失稳。对斜井来说,地层走向、地层倾角、井斜方位和井斜角不同,其井壁稳定性也不同。将打直井改为斜井,可以提高井壁的稳定性,也有利于安全钻井。     

奥陶系地层压力剖面预测新方法研究

利用欠平衡钻井能及时发现并保护油气藏,其关键是要准确预测地层压力剖面。根据井壁失稳力学机理,分析地应力、地层孔隙压力、拖拽力和温度对井壁应力分布影响,建立欠平衡钻井的井壁力学模型;利用Boit理论及室内实验,建立奥陶系地层孔隙压力模型。研究结果表明:有效应力与体积弹性模量呈指数关系;拖拽力和温度对井壁应力分布的影响不可忽略。对奥陶系地层进行压力预测,经现场验证,该预测结果对现场施工具有很好的指导意义。     

致密砂岩气藏地层孔隙压力预测方法

 收集新场构造须二气藏的地质、测井、钻井和压裂等相关资料,尝试运用包括等效深度法、Eaton法、有效应力法在内的多种方法对研究区地层孔隙压力剖面进行了预测。根据前人对川西地区异常高压的产生机制的研究分析,认为川西前陆盆地上三叠统地层异常高压的形成主要受欠压实、生烃增压、黏土矿物脱水增压及构造抬升多种机制影响。最终选用Eaton法建立工区的地层孔隙压力剖面。对地层孔隙压力预测模型进行验证与单井评价,结果表明,模型的预测结果精度较高,能够满足工程要求。根据各单井地层深度划分,新场构造地压梯度情况可大致划分为正常压力带、过渡压力带、高压异常带和压力相对平稳带4个压力区间。该成果对指导后续钻井施工作业和区域地应力场等相关研究具有重要的现实意义。     

伊朗Y油田孔隙型灰岩地层压力检测方法研究

灰岩地层纵波速度对地层压力变化敏感性较低,若采用传统针对砂泥岩地层的模型进行孔隙压力计算可能导致较大计算误差。伊朗Y油田上部地层主要为砂泥岩夹孔隙型灰岩地层,中下部为大段孔隙型灰岩地层。针对该油田孔隙型灰岩地层岩性、异常高压形成机制、地球物理响应特点,形成了一套孔隙型灰岩地层压力综合检测方法。对于中部具有泥岩夹层的灰岩地层,优选传统基于泥页岩沉积压实规律的计算方法;对于无法提取泥岩点的大段孔隙型灰岩地层,采用多元速度模型和有效应力定理进行检测。方法在Y油田20口井得到应用,检测精度达90%以上,为井身结构和钻井参数优化提供了重要地质参数。     

水敏性泥页岩地层孔隙压力预测方法 研究

基于平衡压实理论的等效深度法、Eaton法是砂泥岩地层孔隙压力预测最为常用的方法之一,基于声波、密度、电阻率等测井曲线合理构建正常压实趋势线则是该类方法可靠、准确的基础与关键。但对水敏性泥岩而言,由于与水基钻井液长时间接触产生强烈的水化作用,导致测井数据不能准确反映地层的真实压实状况,从而导致地层孔隙压力测井预测难度大、精度低。鉴于此,在泥页岩组分特征测试分析基础上,实验研究了钻井液作用下水化对泥岩声波时差、电阻率以及密度的影响,进而建立了泥岩去水化方法及考虑水敏性泥岩水化作用的正常压实趋势构建方法,形成了适用于水敏性泥岩地层孔隙压力的预测方法。应用该方法对北部湾某区块部分井进行预测,与实测值吻合程度较好,具有实用性。     

碳酸盐岩剖面地层孔隙压力计算方法研究

从等效深度法的基本原理出发,重点讨论了碳酸盐岩剖面地层正常压实趋势线的构建问题,并利用所构建的正常压实趋势方程对川东飞仙关组碳酸盐岩剖面裂缝-孔隙型储层的地层孔隙压力进行了预测。结果表明,等效深度法对碳酸盐岩剖面的地层孔隙压力预测同样也有一定的实用性。     

压裂水平井地层压力分布特点研究

利用源汇函数对压裂水平井不稳定渗流数学模型进行了求解,获得了各裂缝间距、裂缝半长、导流能力等参数均可不同条件下的复杂压裂水平井地层的压力分布计算公式,绘制了压裂水平井地层压力分布剖面图,并分析了地层压力分布规律。研究表明,压裂水平井地层压力分布主要受到裂缝半长、裂缝间距等因素的影响;裂缝间距越小,等压线分布越密集,裂缝间距越大,等压线越稀疏;裂缝长度越小,压力波及范围越小,而裂缝越长压力波及的区域则越大。     

弱面地层斜井井壁稳定性分析

建立了弱面地层数学模型,分析了斜井井壁岩石应力状态,推导出了井壁岩石最大主应力与低强度地层（弱面地层）法向夹角的计算公式,建立了用于大倾角地层钻井液密度安全下限的力学模型,详细分析了倾斜地层的倾角和走向对井壁稳定性的影响。研究结果表明,弱面地层的存在易使井壁失稳。对斜井来说,地层走向、地层倾角、井斜方位和井斜角不同,其井壁稳定性也不同。将打直井改为斜井,可以提高井壁的稳定性,也有利于安全钻进     

中国典型含油气盆地地层压力分布特征

地层压力，尤其是异常地层压力对油气藏的形成和保存有着重要的作用。对中国典型含油气盆地进行了科学的分类。分析了克拉通，裂谷，前陆三大类盆地的油气成藏特征。在收集了大量探井实测地层压力数据的基础上，统计研究了这三类盆地的地层压力分布模型。将该模型与俄罗斯含油气盆地地层压力与油气藏分布的关系对比发现。异常地层压力是一个普遍存在的地质现象，不同类型的含油气盆地从古代到新生代地层压力有增大的趋势，中国典型含油气盆地地层压力分布表明，前陆盆地以异常高压油藏为主，克拉通盆地油藏压力轻微超压，裂谷盆地异常低压油藏有一定分布。     

考虑裂隙发育的碳酸盐岩地层孔隙压力预测新模型

利用深、浅侧向电阻率差值定量计算裂缝孔隙度,以有效应力原理为理论基础,结合碳酸盐岩声波试验,研究多因素协同作用机制下的地层波速的总体响应特征,分析孔隙度一定条件下声波波速与有效应力之间的关系,利用回归分析法建立一套适合碳酸盐岩地层的压力预测新模型。结果表明:利用深、浅电阻率差值可以判断地层裂缝的产状,并定量计算裂缝孔隙度和裂缝张开度;在孔隙度一定的条件下,纵、横波速随有效应力的增大而增大;在有效应力一定的条件下,纵、横波速随孔隙度的增大而减小;建立的模型比传统方法具有更好的可靠性和预测精度。     

深度学习与Eaton法联合驱动的地层孔隙压力预测方法

海上深部复杂地层孔隙压力的精确预测一直以来是钻井工程面临的难题之一。针对传统Eaton法的局限性和现有数据驱动法的不足,通过构建地层压力实测点的扩充方法,构建卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)和长短期记忆网络(long short term memory, LSTM)组合模型,充分挖掘钻测录震多源数据与Eaton指数之间的复杂非线性关系,可基于区块内已钻井的有限实测地层压力数据,实现全井Eaton指数的精细预测,为新探区地层压力实测点较少且分布不均等条件下地层孔隙压力的准确预测提供有效手段。结果表明：建立的方法预测深部复杂地层孔隙压力的平均相对误差为2.70%,而传统Eaton和LSTM方法的平均相对误差分别为7.60%和5.12%;通过深度学习与Eaton法联合驱动,不但提高了深部复杂地层孔隙压力的预测精度,也为传统方法融入了多源数据响应特征,为数据驱动方法提供了理论支撑。     

考虑裂隙发育的碳酸盐岩地层孔隙压力预测新模型

利用深、浅侧向电阻率差值定量计算裂缝孔隙度,以有效应力原理为理论基础,结合碳酸盐岩声波试验,研究多因素协同作用机制下的地层波速的总体响应特征,分析孔隙度一定条件下声波波速与有效应力之间的关系,利用回归分析法建立一套适合碳酸盐岩地层的压力预测新模型。结果表明:利用深、浅电阻率差值可以判断地层裂缝的产状,并定量计算裂缝孔隙度和裂缝张开度;在孔隙度一定的条件下,纵、横波速随有效应力的增大而增大;在有效应力一定的条件下,纵、横波速随孔隙度的增大而减小;建立的模型比传统方法具有更好的可靠性和预测精度。     

利用Eaton法计算地层孔隙压力的不确定性分析

鉴于地层孔隙压力不确定性给钻井工程设计与施工带来的诸多困难,提出孔隙压力不确定度的概念,并对其不确定性进行定量表征。以目前应用最为广泛的Eaton法为例,推导了孔隙压力不确定度的理论计算模型,模型考虑了数据测量误差、压实趋势线方程、Eaton指数、上覆岩层压力以及静水压力等因素,并利用中国石化PG地区综合矿场数据进行了算例分析。结果表明,该方法给出了孔隙压力不确定度的范围、影响主因素以及相关因素对不确定度的影响规律,且计算结果与录井钻井液密度、试气实测结果相符,证明提出的孔隙压力不确定性评价方法可行,计算结果真实、可靠。     

温度对气层气体钻井井壁稳定的影响

气体钻井过程中气体经过钻头喷嘴后产生焦耳-汤姆逊冷却效应,导致井底温度远小于地层温度。当气层被钻开后井壁围岩温度、孔隙压力和应力分布发生改变,容易引起井下复杂事故。为此,分析了井底低温对致密砂岩气藏气体钻井井壁稳定的影响。研究表明,井眼钻开后井底低温产生拉热应力,使近井壁有效应力减小,有利于防止岩石剪切失稳,但增加了岩石产生拉伸破坏的可能。气层气体产出使近井壁地层孔隙度和渗透率减小,不考虑井底低温时减小程度偏大。气体钻井近井壁可能存在塑性区,低温使塑性区向地层延伸更容易导致井壁失稳。塑性区的形成不仅取决于水平地应力,而且与垂向地应力有关。通常致密砂岩气藏埋藏较深,垂向应力影响大,其弹塑性分析需考虑三维主应力的影响。     

热采过程中地层超孔隙压力与井眼应力的定量评价

基于连续介质力学理论，建立了热采蒸汽注入过程中地层超孔隙压力和有效应力定量评价的热-流-变形耦合数学模型，应用Galerkin有限元全隐式顺序迭代方案，建立了求解该类复杂耦合模型的有效数值解法。数值结果表明，当井筒加热速率为46．82℃／d时，低渗透页岩地层的最高超孔隙压力达13．8MPa，相应的页岩层径向有效应力和周向有效应力分别达到了14MPa和9MPa。因此，设计注入蒸汽加热速率的最佳方案应综合考虑页岩的热-流动力反应、地应力水平和套管强度等因素。     

热采过程中地层超孔隙压力与井眼应力的定量评价

基于连续介质力学理论,建立了热采蒸汽注入过程中地层超孔隙压力和有效应力定量评价的热-流-变形耦合数学模型,应用Galerkin有限元全隐式顺序迭代方案,建立了求解该类复杂耦合模型的有效数值解法.数值结果表明,当井筒加热速率为46.82℃/d时,低渗透页岩地层的最高超孔隙压力达13.8 MPa,相应的页岩层径向有效应力和周向有效应力分别达到了14MPa和9 MPa.因此,设计注入蒸汽加热速率的最佳方案应综合考虑页岩的热-流动力反应、地应力水平和套管强度等因素.     

连续多孔材料孔隙水压力系数的推导

进行连续多孔材料的应力计算对分析其上部建筑物变形及稳定有着重要意义。连续多孔材料的实际应力及孔隙水压力系数是计算整体连续多孔材料受力的关键参数。利用弹性力学方法对饱和连续多孔材料进行受力分析,推导了连续多孔材料的实际应力与孔隙水压力的关系表达式,对连续多孔材料在轴对称应力状态下的两种受力情况进行了变形分析,分别推导了两种情况下材料的孔隙水压力系数表达式,并给出了试验验证方法。研究成果对连续多孔材料在基础工程中的应用具有指导意义。