高压挤注条件下水平井管外地层破坏模式及其判别方法

针对疏松砂岩油气藏水平井,提出高压挤注条件下管外地层岩石的两种破坏充填模式,即裂缝开裂破坏充填和塑性挤压破坏充填,重点研究塑性挤压破坏充填的过程及机制。基于水平井近井地应力分布模型以及岩石强度条件,建立套管外地层岩石破坏模式的判别方法,计算两种破坏模式的水平井临界井底压力剖面并判断第一破坏点位置。结果表明:地层岩石的破坏模式取决于水平井近井地应力分布、岩石强度以及施工条件;随井底施工压力升高,水平井井壁上径向应力首先达到岩石抗压强度时,地层发生塑性挤压破坏;当井壁上切向应力首先达到岩石的抗拉强度时,地层岩石发生裂缝开裂破坏;随井底压力升高,胶结强度较好的砂岩,一般首先达到裂缝开裂条件,对于胶结较差的疏松砂岩,一般更容易首先达到塑性挤压破坏条件,地层岩石发生塑性挤压破坏然后被砾石充填;由于沿水平井井身轨迹地应力及岩石参数的非均质性,两种破坏模式的临界井底压力也表现出明显的非均匀性。     

压力衰竭下疏松砂岩出砂临界生产压差预测方法

海上油气藏多采取衰竭式开发,开发后期储层压力衰竭导致岩石应力状况变化,致使弱胶结疏松砂岩储层严重出砂可能性增加。为了有效做好出砂预测,针对衰竭式开采弱胶结疏松砂岩油气藏,同时考虑储层压力衰竭对地应力影响,基于井壁处岩石应力状态分析,引入岩石骨架破坏Mogi-Coulomb准则,建立出砂临界生产压差CDP模型,给出一种适用于海上储层压力衰竭开采生产井全生产周期出砂预测方法,并结合油田实例,计算并绘制出F-1井全生产周期出砂临界生产压差图版。研究表明,初期出砂临界生产压差较大,随着地层压力逐渐衰减,临界生产压差逐渐降低,至临界储层压力时,由于地层出砂不能生产,需要补充地层能量或者采取防砂措施,预测结果与现场出砂情况相符合,研究成果能为易出砂井配产提供指导意义。     

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。     

三维分层地应力模型与井眼岩石破裂准则

对油田开发分层地应力进行弹性力学分析,建立了分层地应力三维弹性力学计算模型。分析模型综合考虑了垂向地应力与岩石特性对破裂压力的影响,给出考虑垂直应力影响的最小地应力计算公式,结果可用于油田开发设计,另外,分别考虑地层垂向地层垂向压力和岩石变形特征的影响,采用控制最小周向应变参数得到了井眼岩石破裂的准则。     

气田高压注水过程中井身应力分布特征的流-固耦合分析

套管对于维持井壁稳定有十分重要的作用。但是在高压注水井中,日益严重的油田套管损坏现象使得套管损坏机理研究已经成为当前油气田注水急需解决的问题。以四川盆地中部气田水回注井的井筒为分析对象,建立了考虑注水压力、岩石孔隙压力及三维地应力的仿真模型,将井筒分解为由地层、水泥环、套管和射孔段组成的整体系统,在不同注水压力条件下,分别对套管、水泥环、地层岩石的应力场分布进行了流-固耦合体的有限元模拟计算。根据计算结果,可分析各组成部份的应力变化特征,从而得出注水井的安全注入压力,对于防止套损及水泥环、地层破裂现象具有重要指导意义。     

三维分层地应力模型与井眼岩石破裂准则

对油田开发分层地应力进行弹性力学分析 ,建立了分层地应力三维弹性力学计算模型 .分析模型综合考虑了垂向地应力与岩石特性对破裂压力的影响 ,给出考虑垂直应力影响的最小地应力计算公式 ,结果可用于油田开发设计 .另外 ,分别考虑地层垂向压力和岩石变形特性的影响 ,采用控制最小周向应变参数得到了井眼岩石破裂的准则 .     

油田注水过程中油藏物性变化规律研究

油田注水过程中不仅会引起储层流体饱和度的变化,而且会引起储层温度、压力的变化。它们的变化都会对纵波速度造成不同的影响,并会在时移地震剖面上有所反映。利用Biot Gassman方程,并结合各种经验公式,获取流体体积模量、岩石弹性模量,分析讨论了砂岩地层纵波速度随温度、压力、含水饱和度单独变化和共同作用的变化规律。通过对渤海油田砂岩地层纵波速度变化规律的研究,将有助于对该地区时移地震监测技术的发展和提高时移地震监测油藏变化的能力。     

海上油田定向注水井安全注水压力研究

海上油田在设计安全注水压力时,地层破裂压力一般参考本油田探井的实际测试结果,未考虑定向井及水平井条件下注水层段实际地层破裂随井眼轨迹的变化。以岩石力学研究为基础,研究了井斜角和方位角变化对地层破裂压力的影响,建立了考虑井眼轨迹影响的安全注水压力预测方法。研究结果表明,地层破裂压力受井眼轨迹影响明显,斜井地层破裂压力实际为直井的0.9～1.6倍。将提出的预测模型应用于渤海KL-1油田注水压力设计,大部分注水井的安全注水压力高于常规设计方法,最大提高1.4 MPa。该方法对海上其他油田的安全注水压力设计具有良好的借鉴意义。     

疏松砂岩油藏水平井管外地层塑性挤压充填模拟

针对水平井管外地层砾石充填问题,将水平井近井地层分为弹性区、压实区和填充区,根据Mohr-Coulomb准则以及平面应变轴对称问题的基本理论,建立疏松砂岩地层高压挤注条件下的水平井管外地层塑性挤压充填模拟数学模型。模拟分析结果表明:由于沿水平井井身轨迹的岩石力学参数及地应力的非均质性,管外地层塑性挤压充填剖面也表现出较强的非均匀性;岩石强度相对较低的井段,最终挤压破坏的半径相对较大;井底施工压力较高时,水平段管外塑性挤压破坏程度沿井身轨迹的变化差异比低施工压力时更加明显;随着井底压力增高,泊松比对充填扩张率的影响可以忽略,岩石内摩擦角、内聚力和弹性模量对充填扩张率影响均较大。     

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。     

埕岛油田跟踪优化注水开发及效果

胜利海上埕岛油田馆陶组为河流相沉积的高渗透、高饱和、稠油、疏松砂岩油藏。根据开发方案设计和数值模拟研究,馆陶组在地层压力降至饱和压力附近转注,开发效果和经济效益最好。由于实施注水工程滞后两年,油藏进入溶解气驱阶段,原制定的注水时机、注采比用1.0等技术政策已不能符合油田的实际情况,在对储层发育状况及馆陶组开采特征进一步认识的基础上,应用跟踪数值模拟技术,对埕岛油田馆陶组注水开发技术政策进行了优化和完善;实施注水后,通过强化跟踪分析,及时调整,注水开发见到较好效果。     

考虑注水温度及储层堵塞的注水破裂压力计算

 长期注水造成的储层温度变化和堵塞都会影响注水破裂压力。基于多孔介质弹性力学理论, 得到了考虑储层温度变化及堵塞时的井壁处有效应力分布规律, 建立了相应的注水破裂压力计算模型, 并分析了储层温度变化及堵塞程度对注水破裂压力的影响规律。计算结果表明:注水破裂压力随注水温度的降低而降低, 且成线性变化关系, 弹性模量和线膨胀系数越大, 注水破裂压力的变化幅度越大;与储层内部的污染带相比, 滤饼厚度及其渗透率对破裂压力的影响更大, 随着滤饼厚度的增加及其渗透率的降低, 破裂压力将会升高;井壁存在滤饼时, 污染带范围的增加将降低破裂压力, 而其渗透率对破裂压力则影响很小, 当滤饼不存在时, 储层内部污染带不会影响注水破裂压力。     

安塞地区加密井地层压力预测研究

安塞油田王窑加密试验区位于王窑区块中西部,开发时间较长,综合含水58.9%,地质储量采出程度11.8%, 地层压力系统紊乱,且同时存在天然裂缝和压裂裂缝,加密试验井地层压力预测难度大,安全钻井风险高。在分析安 塞加密试验区地质特征的基础上,针对注水过程中地层压力与原始地层压力差异较大,且经过注水后的地层压力分布 难以准确确定的问题,将裂缝性地层渗流理论引入到注水后地层压力预测过程中,给出了复杂裂缝地层加密井地层渗 透率的张量计算方法和加密井地层压力预测方法,对安塞试验区加密井地层压力进行了预测,预测结果精度较高,能 够满足确定安全钻井液密度窗口的需要;并分析了裂缝特征对加密井地层压力的影响,可为加密井安全钻井提供实际 指导。     

基于有限元建模技术确定注水井安全注入压力

针对气田水回注过程中,注入压力过高容易诱发套管损坏、水泥环破裂、注入水窜漏等安全、环保问题,开展了气田水回注安全注入压力计算方法研究。通过对注水过程中套管、井壁水泥环和地层受力分析,结合岩石力学实验获得的弹性模量、泊松比、抗压强度等力学参数,利用有限元法,建立考虑流固耦合的注水井有限元模型,模拟注水条件下套管、水泥环与地层的应力分布,综合确定注水井理论安全注入压力;该方法在四川盆地川中地区气田水回注井生产管理中得到了应用,可以为回注井规划部署提供重要依据。     

岩体离散裂隙网络渗流应力耦合分析

裂隙渗流具有沿裂隙网络做定向移动的特点,用非连续介质方法分析裂隙岩体渗流应力耦合更符合工程实际.本文以人工模拟的随机裂隙网络为对象,应用离散裂隙网络模型和节理单元模型,以裂隙开度变化为纽带,同时考虑渗透静水压力和动水压力的影响,研究水位变化条件下裂隙岩体渗流应力耦合特性.算例表明,考虑耦合作用时,岩体内部结点水头、结点应力和岩体渗流量会发生相应改变.岩体中水头大的裂隙段,耦合作用更加明显.在高坝工程岩体渗流分析和岩体稳定评价计算中,应当考虑渗流应力的耦合作用.     

低阻砂岩气藏测井饱和度计算方法——以准噶尔盆地玛河气田为例

为了解决准噶尔盆地南缘地区低阻油气藏饱和度计算数值不准问题,以玛河气田古近系紫泥泉子组低阻砂岩气藏为例.通过孔渗、岩电、铸体薄片、阳离子交换容量等实验数据,研究分析阳离子交换量、阳离子当量电导、阳离子交换容量、胶结指数、饱和度指数等参数的变化规律,建立适用于低阻砂岩气层含水饱和度计算的变参数的Archie饱和度模型和Wax-man-Smits(W-S)饱和度模型,并进行实例井验证,获得良好效果.研究结果表明:在低阻砂岩气层中,常规的Archie模型适用于胶结指数、饱和度指数较小的纯产气或电阻率较低的水层,但在气水同层中解释效果较差;而通过变参数的Archie与W-S模型计算出的含水饱和度值均满足同一段储层下部含水饱和度大于储层上部的规律特征,其结果数据与岩心分析、气测试结果相吻合.两种饱和度计算新模型对低阻砂岩气藏储层饱和度的解释精度和流体识别的准确度提高方面具有重要指导意义.     

双重介质非饱和两相流岩体热流固损伤模型研究

本文以孔隙-裂缝双重孔隙介质为研究对象,建立孔隙度与岩体应变数学模型和温度场诱导应力模型。基于Terzaghi有效应力原理,建立注水开采过程温度-流体-岩石骨架的应力分布模型。考虑注水压力和注水温度场应力导致的岩体孔隙-裂隙的变形、成核和增长,采用应变孔隙度定义损伤变量,建立了以Gurson-Tvergaard-Needleman圆柱体胞模型为塑性屈服函数的双重孔隙介质饱和热流固损伤本构模型。以某1口生产井为研究对象,通过有限元软件数值模拟得到：温度场诱导应力、注水压力诱导应力和岩石应力分布规律;应力与损伤变量、应变孔隙度演化规律。新模型对油田注水开采过程中储层孔隙和裂缝的变化提供了新的研究方法和理论依据。     

低渗透油田强化注水压力界限研究

低渗透油藏开发的难点就是注水不足,地层能量得不到有效补充,油井产量下降迅速。提高注水压力是解决此问题的最直接的办法,但不可能无限制地提高注水压力,还应该充分考虑地层、套管、地面设备的承受能力,因此有必要开展强化注水压力界限的研究。本文针对低渗透油田的地质特点,提出了合理注水压力的确定原则;依据材料力学理论,建立了套管承压能力计算数学模型,结合压裂施工参数,研究了油层破裂压力的计算方法,针对朝阳沟油田某区块的具体情况,确定了强化注水压力界限。     

油气储层开发程度对地质力学的影响规律

为研究油气储层注采不平衡引起的孔隙压力变化对地质力学造成的影响,通过建立含密闭断层的多孔介质弹性储层地质力学模型,分析正应力与剪应力的相关关系,研究了储层压力变化对断层附近水平地应力场的影响规律。结果表明:孔隙压力变化使得密闭断层附近产生剪应力,并造成储层地应力场大小和方向均发生变化,受剪应力出现的影响,地应力大小发生更大程度的线性降低;地应力方向也可能发生偏转,偏转角度是孔隙压力变化、断层夹角、岩石泊松比的函数;在考虑脱水作用与顶板效应后,储层压力变化对上覆盖层的地应力也会造成一定范围的影响,以渤海岐口18-1油田为例,评估了储层压力衰竭对盖层地应力场的影响范围不超过20 m。     

岩屑声波法地层压力监测技术研究与应用

提出了通过岩屑提取地层信息、为钻井井壁稳定性计算提供必要参数的方法，即通过测量地面岩屑的声波时差，反演得到地层岩石的声波时差，利用岩石的声学性质与力学参数的关系得到地层岩石的力学参数，结合地应力参数，得到井壁周围岩石的应力分布，计算地层的孔隙压力、坍塌压力和破裂压力。对于预探井，在没有测井资料的情况下，利用该方法可以有效地进行地层压力监测。在两口预探井中进行了随钻监测地层压力的现场试验，证明该方法是有效的。虽然该方法在声波测量过程中还有一定的局限性，对最终计算结果的精确度会产生一定影响，但与单纯的地震资料相比，其精确度已大大提高。