利用測井資料計算地應(yīng)力和地層壓力ppt課件

1、利用測井資料計算地應(yīng)力和地層壓力 劉之的 西安科技大學(xué)資源勘查系,內(nèi)容提要,一、利用測井資料計算巖石力學(xué) 二、地應(yīng)力測井評價方法 三、三個壓力測井預(yù)測 四、壓裂高度預(yù)測,巖石動力學(xué)參數(shù)的計算,巖石靜力學(xué)參數(shù)的實驗測定,巖石動靜力學(xué)參數(shù)的關(guān)系,實現(xiàn)用測井資料連續(xù)計算巖石靜力學(xué)參數(shù),一、巖石力學(xué)參數(shù)計算,巖石各向異性計算,巖石動力學(xué)參數(shù)確定,一、巖石力學(xué)參數(shù)的測井計算方法,結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)確定,無天然裂縫時： 有天然裂縫時,R=0.803,1.330 +26.704(R=0.694,巖石泊松比的測井計算方法,1. 構(gòu)建橫波時差，進(jìn)而計算泊松比,5,4,3,6,構(gòu)建的橫波時差與實測橫波時差比較,R=0.

2、48,R=0.71,2.利用常規(guī)測井資料直接求取泊松比,8,7,9,多種方法計算的巖石泊松比對比表,泊松比-體積模量交會圖,泊松比-楊氏模量交會圖,室內(nèi)測試得到的巖石力學(xué)參數(shù)和測井計算得到的趨勢是一致的，但其值之間有一定的誤差。為此，需要建立動靜態(tài)力學(xué)參數(shù)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,白005井巖石動靜態(tài)力學(xué)參數(shù)對比,巖石動靜力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換系數(shù),單井巖石力學(xué)參數(shù)處理與裂縫發(fā)育程度評價,評價裂縫發(fā)育程度的指標(biāo),完整性系數(shù),破裂系數(shù),裂縫發(fā)育程度指標(biāo)I,巖石穩(wěn)定系數(shù),X井巖石力學(xué)參數(shù)識別裂縫,x井巖石力學(xué)參數(shù)識別裂縫,1.地應(yīng)力方向的確定方法 A、井壁崩落法 B、壓裂縫法 C、應(yīng)力釋放裂縫法 D、橫波各向異性法,二

3、、地應(yīng)力測井評價方法,井眼崩落,A、井壁崩落法,1、地應(yīng)力方向的確定 A、井壁崩落法,溶蝕性垮塌,沖刷性垮塌,鍵槽性垮塌,塑性變形,地應(yīng)力性崩落,B、壓裂縫法,h,H,C、應(yīng)力釋放裂縫法,應(yīng)力釋放裂縫的走向指示 最大水平主應(yīng)力的方向,最大水平 主應(yīng)力方向 為近東西,D、橫波各向異性法,利用地層各向異性確定地應(yīng)力的方向,X井,最大水平 主應(yīng)力方向 東西向,D、橫波各向異性法,用測井資料計算現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力的理論基礎(chǔ),井 壁 破 裂,測井響應(yīng),巖石力學(xué)性質(zhì),2.就地應(yīng)力大小的確定,1）就地應(yīng)力的直接測量法 * 水力壓裂法 * 巖石聲發(fā)射測量法 * 井眼漏失測試法,2）用常規(guī)測井資料計算地應(yīng)力的大小,井

4、眼崩落法 * 壓裂分析法,3）用成像測井資料計算地應(yīng)力的大小,左巴克教授(Zoback)推出的應(yīng)力與井壁崩落的關(guān)系式,定量判別式,只用崩落寬度計算地應(yīng)力的模型,利用成像測井尋找井壁應(yīng)力誘導(dǎo)壓裂平衡點，進(jìn)而建立的地應(yīng)力計算模型為,1,2,1)用上覆巖層壓力值約束水平地應(yīng)力值 (2)用各向異性系數(shù)估算水平地應(yīng)力的比值 (3)以成像測井剖面為最終的約束條件,地應(yīng)力計算精度的提高與結(jié)果檢驗,三、三個壓力測井預(yù)測,1）地層孔隙壓力預(yù)測方法概述 鉆前評估 隨鉆評估 鉆后評估,1.地層孔隙壓力測井計算方法,由Terzaghi有效應(yīng)力定理知，地層孔隙壓力與巖石的有效應(yīng)力之間存在如下關(guān)系,測井Vp/Vs：=62

5、4.06e (-1.4035Vp/Vs) (10) 測井：=96.768e-2.4772 (11) 實驗：=104.58e-2.6793 (12,2）有效應(yīng)力法,由川東北部羅家寨構(gòu)造和紫水壩構(gòu)造的一些井的飛仙關(guān)組地層已知井段的地層壓力數(shù)據(jù)求得對應(yīng)的A、B系數(shù)為：A=0.001073，B=-12.0064。則采用此法預(yù)測飛仙關(guān)組地層壓力的公式為,G.L.Bowes有效應(yīng)力計算模型,X構(gòu)造地層孔隙壓力預(yù)測結(jié)果比較,2.地層坍塌壓力的測井預(yù)測方法,基于摩爾庫侖準(zhǔn)則建立的地層坍塌壓力計算模型為,伊頓模型 安德森模型 馮啟寧模型 黃榮樽模型 譚廷棟模型,3.地層破裂壓力的測井預(yù)測方法,上述模型可概括為,

6、以三向地應(yīng)力模型作為建立提取地層破裂壓力數(shù)學(xué)公式的理論依據(jù)，在對譚氏破裂壓力預(yù)測公式進(jìn)行修正與補(bǔ)充的基礎(chǔ)上，經(jīng)過一系列的推導(dǎo)之后建立的適合于碳酸鹽巖地層的破裂壓力預(yù)測模型為,用該法預(yù)測LJ7井3096米的地層破裂壓力是76.876MPa，而實測的地層破裂壓力是76.914MPa，這說明該法的預(yù)測精度完全能夠滿足于碳酸鹽巖地層安全泥漿密度上限設(shè)計的要求,地層破裂壓力的測井預(yù)測新方法,1)鉆井液密度安全窗口的確定 鉆井液密度與井壁圍巖破壞的關(guān)系 井內(nèi)鉆井液柱壓力不能平衡地層孔隙壓力，就會發(fā)生井噴；如果井內(nèi)鉆井液柱壓力低于地層坍塌壓力，井壁巖石將產(chǎn)生剪切破壞,井壁坍塌；如果井內(nèi)鉆井液柱壓力超過地層破

7、裂壓力，就會發(fā)生張性破裂，發(fā)生井漏或壓差卡鉆。 科學(xué)合理地確定鉆井液密度,3.防止井壁失穩(wěn)對策研究,2)防止川東北部地區(qū)碳酸鹽巖地層井壁失穩(wěn)的對策,地應(yīng)力引起井壁失穩(wěn)對策,優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、科學(xué)選擇中間套管層數(shù)和下深 根據(jù)油氣藏地質(zhì)構(gòu)造特征，科學(xué)選擇大位移井(定向井) 的井斜角和方位角 科學(xué)合理地選用鉆井液密度,X井20202120米井段井壁穩(wěn)定性測井評價成果圖,X井29453045米井段井壁穩(wěn)定性測井評價成果圖,X井DSI和FMI處理成果圖,20202120米、29453045米井段，井眼發(fā)生崩落，井眼擴(kuò)大率超過10%，實際使用的泥漿密度是1.32、1.35g/cm3,這說明實際使用的泥漿密度偏

8、小，不足以維持井眼穩(wěn)定，而本研究預(yù)測的泥漿密度為(分別為1.343+0.062g/cm3、1.402+0.062g/cm3)能夠很好地在鉆井過程中維持井壁穩(wěn)定,x9井崩落井段測井處理成果表,X井30053035米井段井壁穩(wěn)定性測井評價成果圖,x2井統(tǒng)計的快橫波方位角圖,統(tǒng)計的優(yōu)勢快橫波方位角為65度，表明最大水平主應(yīng)力為近東西向，F(xiàn)MI的井眼崩落方向為近南北向，兩者結(jié)果一致,30153030米井段，井眼明顯發(fā)生崩落，井眼擴(kuò)大率為21.27%，實際使用的泥漿密度是1.30g/cm3,這說明實際使用的泥漿密度值偏小，不足以維持井眼穩(wěn)定，而本研究預(yù)測的泥漿密度為(1.337+0.043g/cm3)能

9、夠很好地在鉆井過程中維持井壁穩(wěn)定,x2井崩落井段測井處理成果表,在鉆井工程上的應(yīng)用,安全泥漿密度范圍與井斜角的關(guān)系（上覆巖層壓力為最大主應(yīng)力時的情況,直井最安全，向較大水平主應(yīng)力方向鉆水平井最不安全,井壁崩落區(qū),井壁壓裂和井壁崩落同時發(fā)生區(qū),安全區(qū),鉆井液密度,井斜角,優(yōu)化井身軌跡與地應(yīng)力方向的關(guān)系,實例：X1井泥漿密度、井斜方位、井斜角與井眼穩(wěn)定性的關(guān)系,X1井4300米處，條件：上覆巖層壓力為中間主應(yīng)力，南北向為最小水平主應(yīng)力方向,UCS=290Mpa, T=15 Mpa, =45, =0.31, =0.3, v=113.3Mpa, H=163.3Mpa, h=98.8Mpa, Pp=47

10、.2Mpa,向H鉆井壁應(yīng)力差為14.5mpa; 向h鉆鉆井壁應(yīng)力差為50mpa,結(jié)論： 向H方向，打水平井，最安全,H,在壓裂酸化工程中的應(yīng)用,實例1：x地區(qū)地應(yīng)力方向、裂縫走向與壓裂效果關(guān)系圖,A2、 A7：最大水平主應(yīng)力方向垂直裂縫走向，只有壓裂后才獲得高產(chǎn)； A10、 A9：最大水平主應(yīng)力方向基本平行于裂縫走向，未壓裂就獲得高產(chǎn),測井解釋裂縫組系圖,15井,11井,實例2：X壓應(yīng)力、裂縫方向與壓裂效果的關(guān)系,在預(yù)測裂縫橫向分布規(guī)律中的應(yīng)用,現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力方向與裂縫走向關(guān)系的實例,云安11井BCR處理成果,快橫波方向,利用地層各向異性確定主裂縫的走向,X11井 FMI成像圖 明顯的高角度裂縫,高角度裂縫,裂縫走向為東西向,裂縫走向,24,就地應(yīng)力分析成果圖 X11井,25,井眼穩(wěn)定性評價成果圖 X11井,tu26,壓裂縫的FMI圖象 X11井,tu27,井眼穩(wěn)定性評價成果圖 X11井,tu28,井眼崩落的FMI圖象 X