四川盆地涪陵地区龙马溪组页岩横向各向同性地应力测井评价方法

页岩由于矿物的定向排列等因素呈现出各向异性,基于各向同性模型的地应力计算方法已不适用。综合测井、岩心实验、压裂施工等数据建立涪陵地区龙马溪组页岩横向各向同性地应力测井评价方法,主要包括：建立垂向有效压力与横波速度关系模板,预测地层压力;利用通过岩石物理建模的方法计算求取目的层的Biot系数;采用速度回归拟合的方法求取页岩横向各向同性介质6个刚度系数,计算横向、垂向杨氏模量及泊松比。应用结果表明横向各向同性模型能更好地反映实际地层情况。     

各向异性地层中斜井井壁失稳机理

深部层理性地层井壁稳定性必须考虑地层物理力学性质的各向异性,然而目前井壁稳定设计方面仍粗略地将其近似为各向同性体,使得预测的维持井壁稳定的坍塌压力和破裂压力不能满足安全钻井的需要。笔者在研究层理地层岩石力学特性的基础上,获得了一种考虑地层方向特性的井壁围岩应力分布公式,分析了横观各向同性地层的井壁应力分布特征,建立了新的斜井地层井壁稳定分析模型。研究结果表明,岩石的弹性模量、地应力和地层倾斜度的变化对井壁围岩的应力分布和坍塌、破裂压力均会产生影响,克服了常规各向同性井壁稳定分析模型不能准确预测层理性地层斜井井壁稳定的难题。因此在钻井施工设计当中,须根据地层特性选择合适的分析模型,以更好地指导现场实践。     

安棚油田地应力及安全钻井液密度范围的测井确定方法

针对安棚油田的地质特征，对地应力计算经验模型进行了优选，根据选出的地应力计算模型的理论基础和井壁岩石的破裂机理，确定出了适合安棚油田的地层破裂压力和坍塌压力的计算模型。采用测井资料计算了模型中的各种中间参数，实现了对地应力、地层破裂压力以及坍塌压力的连续计算。在此基础上，综合使用地层压力、地层破裂压力以及坍塌压力等因素确定出了安全钻井液密度范围。利用该方法对安棚油田b252和an2051井的资料进行了处理。结果表明，利用测井资料计算得到的地应力值和安全钻井液密度范围是准确的，能满足现场钻井施工的需要。     

地应力预测方法在川南地区大寨页岩气田的应用

针对川南大寨地区页岩气储层三维地应力预测的需求,建立基于横向各向同性介质的Suárez-Rivera地应力计算模型,进行三维空间地应力预测。计算结果表明：Suárez- Rivera横向各向同性介质地应力模型计算结果与单井地应力评价结果高度吻合,模型预测的最小水平主应力与压裂施工地层瞬时闭合压力一致,证实了该方法在川南大寨地区页岩地应力预测中的可靠性。该方法的成功应用,为川南地区页岩气地应力评价提供了理论支持,预测结果对后续页岩气的井位部署和压裂参数设计具有一定的指导意义。     

压力衰竭地层地应力变化及影响因素

压力衰竭地层易发生井漏、井塌等井下复杂,其主要原因是油气压力下降后岩石特性参数以及地应力发生改变。如果沿用压力未衰竭时的安全钻井液密度窗口将会导致钻井液密度选用不合理,增大井下复杂情况的发生几率。为解决上述问题,考虑岩石特性参数变化对地应力的影响,假设地层岩石为横观各向同性弹性材料,建立了新的地应力计算模型,以DF气田的DF111调整井为例,分析地应力影响因素。结果表明:岩石弹性模量增加会导致水平地应力差增大,且其对最小水平主地应力的影响随井深增加而变大;泊松比的变化不会改变水平地应力差;DF111调整井储层压力由1.03 g/cm3衰竭到0.46 g/cm3,最小水平主地应力下降20.5%,最大水平主地应力下降16.1%,地层发生井漏的主要原因是地应力降低导致岩石有效剪应力增大。     

声波法计算水平主地应力值

提出一种用声波测井资料和水力压裂数据来计算水平地应力值的新方法，并将它应用于新疆吐哈油田，计算得出的水平主地应力值与由凯塞效应测得的进行了对比，两者一致性好，而且用声波法求得的水平主地应力值来预测破裂压力与实测的地层破裂压力相比误差小。现场应用表明，声波法计算水平主地应力值具有很好的实用价值。     

基于三维地应力的渗透率转换方法

储层渗透率的测量及其储层条件下的转化方式是油藏工程研究的重要内容.随着储层岩石有效应力的增加,储层岩石孔隙半径减小,渗透率降低,地面测量的岩石渗透率比地层条件下的渗透率高.为将地面测量的渗透率应用于油藏工程,须将其换算到储层条件.根据岩石在地面和地层条件下的应力状态,研究了地面一地下渗透率的转换方法,该方法采用三维地应力,克服了仅采用上覆地层压力的不足.胜利油区渗透率覆压实验校正结果表明,仅采用上覆地层压力计算的渗透率转换值,比采用三维地应力计算的渗透率转换值明显偏小.对于中渗透地层,三维地应力的渗透率转换方法与原方法差别不大,对于低渗透地层,基于三维地应力的渗透率转换方法的计算值比原方法增大约10％.     

利用测井、压裂资料求取储层地应力的方法

地应力和破裂压力是十分重要的工程基础参数.文中利用声波、密度和自然伽马等测井资料计算出地层岩石动态力学参数;由于实际工程中采用的是岩石静态力学参数,故通过拟合的动静态参数转换关系式计算出了岩石力学静态参数;实际工程应用必须考虑构造应力,结合典型井段的压裂资料和测井资料反算出地层构造应力系数,结合地应力计算模型和破裂压力计算模型,使用VB6.0编程计算地应力.以×井3 590～3 920 m层段为例,计算出岩石力学参数、地应力和破裂压力连续剖面.该层段构造应力系数为0.462和0.586;最小水平主应力62.417～84.565MPa;最大水平主应力67.651～94.474 MPa;破裂压力75.346～93.241MPa.文中所使用的方法计算结果精度高、实用性强.     

准噶尔盆地储集层各向异性特征及破裂压力预测研究

水力压裂设计需要对地层岩石力学性质有充分的认识。对准噶尔盆地中1区块的地层岩石开展了差应变和古地磁实验、抗拉强度测试实验及三轴力学实验,获取了岩石力学参数和地层主应力大小及方向,对储集层各向异性特征、地应力分布及破裂压力进行了研究。结果表明,该区块地层主应力较大且具有横观各向同性特征,断层类型属于走滑断层体系。在考虑地层各向异性的基础之上预测的破裂压力与现场实际情况吻合程度较高,因此,对区块内的储集层改造有一定的指导意义。     

利用邻层反演水平层理页岩地应力方法

水平层理页岩垂直和平行层理方向岩石力学特性的强差异及岩石的破碎性,造成现有地应力计算方法精度不够及地应力室内岩心试验困难。为了有效地指导钻井和压裂设计,开展了页岩地应力评价方法研究。利用单轴压缩试验,获得了不同层理面方向的页岩弹性参数,岩石呈现明显的横观各向同性特征。基于横观各向同性材料的本构关系、并假设在沉积和后期地质构造运动过程中地层和地层之间不发生相对位移,建立了利用邻层砂泥岩地应力反演水平层理页岩地应力的模型,并分析了地应力的敏感性因素及其影响规律。结果表明,页岩地应力受控于邻层砂泥岩的弹性模量、泊松比、地应力值和页岩自身的弹性参数,利用该方法计算的最大和最小水平主应力值比Terzaghi和Newberry模式高,处于黄荣樽模式的上、下限范围内。研究结果为评价水平层理页岩地应力提供了新的方法。      

考虑岩层各向异性性质的井眼稳定性分析

地壳中许多含油气储层是由层状结构的沉积岩层所组成.根据岩层的沉积的特点,将其假设为横观各向同性体.推导了横观各向同性岩层的地应力与岩层的各向异性、地层倾斜角之间的关系式.进行了横观各向同性地层井眼稳定性分析.本文的分析对在横观各向同性岩层进行钻井设计和施工具有一定的指导意义.     

横向同性弹性地层中全波波形数值分析

数值模拟了横向各向同性地层中单极子，偶极子测井全波波形，通过对不同频率的理论波形进行比较分析，结果表明，用单极子源波形中体波波至确定各向异性是不可能的，而用导波特别是斯通利波特性有可能确定出地层的各向异性，对于偶极子源，横向同性地层与均匀地层的波形差异不大，但其幅度有差异；体波波至与弹性参数有密切的关系。     

四川盆地川西坳陷上三叠统须家河组储层各向异性地应力评价方法

尽管四川盆地川西坳陷上三叠统须家河组砂岩是非常致密的气藏,但是其中一些储层天然裂缝发育,尤其是须二段的优质储层,垂直裂缝或高角度裂缝发育。这导致了岩层和水平主应力的各向异性。对于这类储层如果采用常规的各向同性地应力评价方法,则会高估岩层的实际水平主应力。根据钻井中的溢流、井涌和测试压裂,以及井壁崩落等数据研究了这类储层地应力的新的评价方法,得到了新场气田和合兴场气田的地层压力与地应力实测结果。这些结果表明岩层的天然裂缝对地应力有较大的影响。采用各向异性理论建立了须家河组储层地应力的VTI和HTI模型。含天然裂缝储层的实测数据表明,随着裂缝密度、裂缝倾角和裂缝指示因子的增大,水平主应力和破裂压力减小,这与HTI模型相吻合。结合各向异性模型与天然裂缝、水平主应力和破裂压力的实测数据,得出了适合于须家河组储层特点的地应力预测公式及其对压裂影响的评价方法。     

多套复合盐层的地应力确定方法

在库车坳陷古近系多套复合盐层的钻井工程设计当中,通常以上覆岩层压力作为最大水平地应力。现场资料调查表明,以此为依据所设计的套管,常常不能满足该地层套管的抗外挤强度要求。为了解决套管抗外挤强度问题,通过实验测试得到该研究区块多套复合盐层上、下泥岩地层的地应力值及中间每一层复合盐层的岩石力学参数,并以此作为边界条件,建立了多套复合盐层及上、下泥岩层地应力计算的有限元分析模型,运用数值模拟方法,反演得到每一层复合盐层的地应力场。采用该方法对库车坳陷某地区多套复合盐层的地应力场进行分析,结果表明,中间盐层的水平地应力最高,其上、下的膏盐岩含泥岩层、泥岩含膏盐岩层、泥岩层的水平地应力依次降低。所建立的分析模型,为该地区井壁稳定及套管安全设计工作奠定了基础。     

压力系数的上限值研究

压力系数大于 1.2 的异常高压只出现在水平地应力大于上覆压力的地层（即挤压构造）中,而且地层岩石必须胶结良好、坚硬,其围岩的密封性能必须良好,同时,地层的水平应力、岩石的胶结程度和围岩的密封性等条件越好,所形成的异常高压越高,压力系数的上限值在 4.0 左右,突破 4.0 的可能性非常小。     

随钻方位电磁波界面探测性能分析

随钻方位电磁波仪器界面探测性能主要受仪器线圈排布、小信号分辨精度以及地层模型等因素影响。以研发的随钻方位电磁波电阻率（AMR）为例,计算分析了噪声信号对探测能力的影响;在确定仪器结构和电气性能的情况下,重点模拟分析不同地层条件下AMR仪器的界面探测能力以及对薄层的识别和分辨能力。模拟结果表明：反映界面距离的定向信号幅度主要受界面两侧的电导率差影响;地层界面渐变时定向信号幅度小于阶跃模型模拟幅度;各向异性地层模型中,定向信号幅度及界面探测能力主要受水平电阻率的影响。在界面距离反演过程中,噪声信号对远距离界面反演结果有较大影响;合理选取各向同性地层中低阻地层的电阻率以及各向异性地层中的水平电阻率是界面距离预测结果精确与否的关键。     

气体钻井井壁稳定性分析

首先分析了用钻井液钻井时钻井液与地层的相互作用，并以多孔介质传导、吸附与扩散（水分子和水化离子）、双电层电场与电斥力为基础，建立起钻井液滤液在井周地层中的渗透运移规律和水化应力与地层强度随时间变化的规律，对地层应力应变状态受钻井液的影响进行定量化分析。并将用于校正后由测井资料得到的围岩强度性质及应力状态，从而得到气体钻井条件下井周地层的强度性质及应力状态。最后选择适当的强度准则，形成气体钻井井壁稳定性分析模型系统。以七里北1井的测井资料为基础，运用该模型系统分析了七北101井气体钻井井段的井壁稳定性，其结果与该井钻井实际情况一致，表明该模型系统是准确、可靠的。     

Wellbore Instability and Countermeasures in Offshore Bedding Shale Formations

Abstract

The properties of bedding shales are different from that of normal formations. Strength anisotropy is their outstanding feature. Experimental study and theoretical analysis show that this kind of anisotropy of bedding shales is the main reason of wellbore instability. W-2nd section shales in WZ12-1N oilfield are in typical bedding formation, and there were some problems such as severe borehole collapse and pipe sticking in drilling. Bedding shale formation was assumed to be a transversely isotropic material, and a collapse pressure calculating method was established. The calculation result of directional drilling collapse pressure in W-2nd bedding shales shows that if hole deviation exceeds a certain critical value, collapse pressure will increase sharply. This result was used in mud density design and well trajectory optimization, which solved the wellbore instability problems of the W-2nd formation. This research method has reference value to solve problems of wellbore instability and improve drilling efficiency in other similar regions.