CN107939380A - 一种定向井破裂压力测井确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种定向井破裂压力测井确定方法，包括：根据测井资料获取与地层破裂压力相关的数据，所述数据包括：地层孔隙压力、上覆地层压力、毕奥特系数、抗张强度、水平最小主应力、水平最大主应力；根据定向井的类型，获取斜井井斜角及井斜相对方位角，或者水平井井筒相对方位角；根据获取到的与地层破裂压力相关的数据、斜井井斜角及斜井井斜相对方位角，或者水平井井筒相对方位角，按照预设深度步长获取测井曲线值，计算出测量井段的一段或者多段地层破裂压力。本发明解决了定向井(斜井、水平井)破裂压力不易求准的难题，适用于常规油气储层，也适用于致密砂岩、泥页岩、碳酸盐岩、煤层等非常规油气储层，适用范围广，计算精度高。
Description
技术领域：
本发明涉及测井技术领域，具体地，涉及定向井破裂压力测井确定方法。
背景技术：
随着油气田地面工程的增多，受地面障碍复杂状况的限制，定向井(包括斜井和水平井)钻井在国内外迅速发展；特别是碳酸盐岩油气藏，致密砂(砾)岩油气藏，页岩油气藏等，为了使井筒穿越更多的储层，更好地利用储层中的天然裂缝，实施了定向井钻井技术；对上述油气藏一般采取压裂等措施沟通天然裂缝，提高近井筒储层的导流能力；定向井压裂规模大、难度大、成本高，压裂方案需要准确，才能提高压裂效果；储层破裂压力预测的精度是压裂方案设计准确的关键；定向井破裂压力计算与确定对常规油气储层特别是非常规油气储层都具有重要的作用。
油气田直井储层破裂压力计算与获取相对简单、容易，它与水平最大主应力、水平最小主应力、地层孔隙压力、上覆岩层应力、抗张强度等地层参数有关；斜井破裂压力计算与获取除了使用上述地层参数外，斜井还涉及到井斜角、井斜相对方位角，水平井涉及到水平井眼相对方位角；对于斜井，根据椭圆原理，求取水平最大主应力方向及水平最小主应力方向的地层破裂压力分量，再获取井眼在井斜及相对方位角下的地层破裂压力；对于水平井，根据椭圆原理，求取水平井眼与最大主应力方向的相对方位下的水平最小主应力分量，再将上覆压力做为最大主应力进一步计算地层破裂压力。
随着斜井钻井规模的不断扩大，单靠直井地层破裂压力计算与获取已不适应油气生产的需要；定向井地层破裂压力计算与获取的方法、计算结果的精度及现场的油气井工程应用显得越来越重要。
发明内容：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种定向井破裂压力测井确定方法。
根据本发明提供的定向井破裂压力测井确定方法，包括：
根据测井资料获取与地层破裂压力相关的数据，所述数据包括：地层孔隙压力、上覆地层压力、毕奥特系数、抗张强度、水平最小主应力、水平最大主应力；
根据定向井的类型，获取斜井井斜角及井斜相对方位角，或者水平井井筒相对方位角；
根据获取到的与地层破裂压力相关的数据、斜井井斜角及斜井井斜相对方位角，或者水平井井筒相对方位角，按照预设深度步长获取测井曲线值，计算出测量井段的一段或者多段地层破裂压力。
可选地，所述根据测井资料获取与地层破裂压力相关的数据，包括：
通过测井资料根据伊顿法或综合法获取地层孔隙压力Pp；或者
通过现场实测法或钻井液密度值获取地层孔隙压力Pp。
可选地，所述根据测井资料获取与地层破裂压力相关的数据，包括：
通过测井资料中的体积密度数值按深度步长累加获取上覆地层压力Po；上覆地层压力Po的计算公式如下：
Po＝Po1+Hlev×DEN×0.01
式中：Po表示上覆地层压力，单位MPa；Po1表示地面到体积密度测量井段顶部深度段的上覆压力平均值，单位MPa；DEN表示体积密度测量值，单位g/cm3；Hlev表示深度步长，单位m。
可选地，所述根据获取到的与地层破裂压力相关的数据、斜井井斜角及井斜相对方位角，或者水平井井眼相对方位角，按照预设深度步长获取测井曲线值，计算出测量井段的一段或者多段地层破裂压力；包括：
在定向井为斜井时，斜井破裂压力的计算公式如下：
Pf＝Pf1×Pf2/(Pf1 2×sin2β+Pf2 2×cos2β)0.5
式中：Pf1表示斜井破裂压力第一中间变量，Pf2表示斜井破裂压力第二中间变量，sdy表示水平最小主应力，Pf表示定向井破裂压力，sdx表示水平最大主应力，α表示毕奥特系数，Po表示上覆地层压力，Pp表示地层孔隙压力，表示斜井井斜角，β表示斜井井斜相对方位角，st表示抗张强度；
在定向井为水平井时，水平井破裂压力的计算公式如下：
sdxy＝sdx×sdy/(sdx2×cos2(hpaz)+sdy2×sin2(hpaz))0.5
pf＝3.0×sdxy-Po-α×Pp+st
式中：sdxy表示水平井破裂压力中间变量，hpaz表示水平井筒相对方位角。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的定向井破裂压力测井确定方法，解决了定向井(斜井、水平井)破裂压力不易求准的难题，适用于常规油气储层，也适用于致密砂岩、泥页岩、碳酸盐岩、煤层等非常规油气储层，适用范围广，计算精度高。
附图说明：
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例提供的定向井破裂压力测井确定方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例中斜井Y2-X6井的破裂压力结果示意图；
图3为本发明又一实施例中水平井TH10-1H井的破裂压力结果示意图；
图中：
SP表示自然电位，GR表示自然伽马，CAL表示井径，SDXM表示水平最大主应力，SDYM表示水平最小主应力，PFM表示破裂压力，POFM表示上覆地层压力，ST表示抗张强度，ARFA表示毕奥特系数，SH表示泥质含量，POR表示孔隙度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明一实施例提供的定向井破裂压力测井确定方法的流程示意图，如图1所示，本实施例中的方法可以包括：
根据测井资料获取与地层破裂压力相关的数据，所述数据包括：地层孔隙压力、上覆地层压力、毕奥特系数、抗张强度、水平最小主应力、水平最大主应力；
根据定向井的类型，获取斜井井斜角及井斜相对方位角，或者水平井井筒相对方位角；
根据获取到的与地层破裂压力相关的数据、斜井井斜角及斜井井斜相对方位角，或者水平井井筒相对方位角，按照预设深度步长获取测井曲线值，计算出测量井段的一段或者多段地层破裂压力。
本实施例中，常规测井资料中一般具有地层孔隙压力、上覆地层压力、毕奥特系数、抗张强度、水平最小主应力、水平最大主应力。
可选地，可以通过测井资料根据伊顿法或综合法获取地层孔隙压力Pp，也可以通过现场实测法或钻井液密度值获取地层孔隙压力Pp。
具体的，采用伊顿法计算地层压力的计算公式如下：
Pp＝Po-(Po-Ph)(△tn/△t)C
式中：Pp表示地层孔隙压力，单位MPa；Ph表示地层静水压力，单位MPa，Ph可以通过地层深度与地层水密度乘积得到；Po表示上覆地层压力，单位MPa，Po可以通过测井曲线中的体积密度按深度步长累加计算得到；△t表示测井实测值，单位μs/ft；△tn表示同一深度正常压实趋势线上的声波时差对应值，单位μs/ft；C表示伊顿幂指数。其中：
正常压实趋势线关系式由以下方程求得：
LnΔt＝A×H+B，
式中：A、B分别表示压实趋势线斜率与截距，由正常压实地层声波时差的对数值LnΔt与深度H线性回归得到。
伊顿幂指数C的计算公式如下：
C＝25534△t-2.2075。
具体的，采用综合法计算地层压力的计算公式如下：
式中：Vp表示纵波速度，单位km/s；表示孔隙度，取值为0-1；Vsh表示泥质含量，取值为0-1；Pe表示垂直有效应力，单位kBar；A0，A1，A2，A3，D分别为模型系数，SQRT表示平方根函数。正常压实地层的纵波速度Vp、孔隙度泥质含量Vsh、垂直有效应力Pe可以由测井数据文件直接获取或测井资料计算，代入综合法计算地层压力的计算公式进行多元非线性回归，得到A0，A1，A2，A3，D这5个模型系数。
对异常压实地层，由纵波速度Vp、孔隙度泥质含量Vsh、及综合法计算地层压力的计算公式中的A0，A1，A2，A3，D 5个模型系数，解出垂直有效应力Pe，进而计算地层压力：Pp＝Po–Pe。
在正常压实趋势线无法得到的情况下，可通过现场实测法或钻井液密度值获取Pp。如钻井中使用RFT仪器下井直接测量地层压力；钻井中，钻井液密度的设计一般高于地层压力系数的10％左右，当提供了钻井液密度，可按钻井液密度的90％左右估算地层压力系数。
可选地，可以通过测井资料中的体积密度数值按深度步长累加获取上覆地层压力Po。
具体的，上覆地层压力Po的计算公式如下：
Po＝Po1+Hlev×DEN×0.01
式中：Po1表示地面到体积密度测量井段顶部深度段的上覆压力平均值，单位MPa；这个深度段缺少体积密度数值，只能估算而不能计算，估算依据井段深度、地层岩性、体积密度测井顶部且井径较规则井段的密度值；DEN表示体积密度测量值，单位g/cm3；Hlev表示深度步长，单位m。
所述根据获取到的与地层破裂压力相关的数据、斜井井斜角及井斜相对方位角，或者水平井井眼相对方位角，按照预设深度步长获取测井曲线值，计算出测量井段的一段或者多段地层破裂压力；包括：
在定向井为斜井时，斜井破裂压力的计算公式如下：
Pf＝Pf1×Pf2/(Pf1 2×sin2β+Pf2 2×cos2β)0.5
式中：Pf1表示斜井破裂压力第一中间变量，Pf2表示斜井破裂压力第二中间变量，sdy表示水平最小主应力，Pf表示定向井(斜井)破裂压力，sdx表示水平最大主应力，α表示毕奥特系数，Po表示上覆地层压力，Pp表示地层孔隙压力，表示斜井井斜角，β表示斜井井斜相对方位角，st表示抗张强度。
在定向井为水平井时，水平井破裂压力的计算公式如下：
sdxy＝sdx×sdy/(sdx2×cos2(hpaz)+sdy2×sin2(hpaz))0.5
pf＝3.0×sdxy-Po-α×Pp+st
式中：sdxy表示水平井破裂压力中间变量，hpaz表示水平井筒相对方位角，Pf表示定向井(水平井)破裂压力。
上述实施例中的参数单位如下：
斜井破裂压力中间变量Pf1、Pf2量纲为MPa，
水平井破裂压力中间变量sdxy量纲为MPa，
定向井破裂压力pf量纲为MPa，
地层孔隙压力Pp量纲为MPa，
上覆地层压力Po量纲为MPa，
水平最小主应力sdy量纲为MPa，
水平最大主应力sdx量纲为MPa，
毕奥特系数α无量纲，
抗张强度St量纲为MPa，
井斜角和井斜相对方位角β量纲为°，
水平井眼相对方位角hpaz量纲为°。
本实施例中，地层孔隙压力Pp、上覆地层压力Po、水平最小主应力sdy、水平最大主应力sdx、毕奥特系数α、抗张强度st、井斜角井斜相对方位角β八项参数计算斜井破裂压力Pf；地层孔隙压力Pp、上覆地层压力Po、水平最小主应力sdy、水平最大主应力sdx、毕奥特系数α、抗张强度st、水平井眼相对方位角hpaz七项参数计算水平井破裂压力Pf；解决了定向井(斜井、水平井)破裂压力不易求准的难题。本发明既适用于常规油气储层，也适用于致密砂岩、泥页岩、碳酸盐岩、煤层等非常规油气储层。
具体的，如图1所示，本发明的具体步骤包括：
1)按测井曲线的测量井段并按一定深度步长连续读取测井曲线的数值，步长不超过1米；测量井段分一段或多段选取计算参数，按测井曲线的深度步长连续计算定向井破裂压力；现场服务一般是每个油气储层选取破裂压力曲线较低，幅度变化不大且较平稳部分的平均数值，将该数值作为该储层的破裂压力。
2)通过测井资料或测试资料获取地层孔隙压力；通过测井资料根据伊顿法或综合法获取Pp，也可通过现场实测法(如RFT)或钻井液密度值获取Pp，地层孔隙压力系数按钻井液密度的0.9倍左右确定。
3)通过体积密度获取上覆地层压力；测井曲线中的体积密度按深度步长逐点累加计算上覆地层压力Po；当缺失体积密度时，用声波时差测井曲线计算体积密度；根据测井曲线测量井段顶部地层深度、地层岩性及体积密度数值获取上覆地层压力初始值；以该初始值为基值，与测量密度值进行逐点累加，计算每个深度点的上覆地层压力。
4)通过测井资料获取水平最小主应力；根据地层岩性及地层的松软程度，选用不同模型(Anderson、Terzaghi、Newberry等方法)计算水平最小主应力sdy。
5)通过测井资料获取水平最大主应力；当测井曲线中具有正交偶极快、慢横波速度时，用快、慢横波速度计算水平应力差；若缺失正交偶极快、慢横波速度，根据快、慢横波速度计算水平应力差的原理计算水平地应力差；水平最小主应力与水平应力差的和，即为水平最大主应力sdx。
6)通过测井资料获取毕奥特系数；根据岩石骨架体积压缩系数与岩石体积压缩系数求取毕奥特系数α。
7)通过测井资料获取抗张强度；利用抗压强度的1/12或抗剪强度的1/4获取抗张强度St。
8)通过测井资料获取井斜角和井斜方位角；斜井测井数据文件里一般都具有井斜角和井斜方位角，当井斜角小于5时，按直井计算。
9)斜井，根据公式公式计算斜井破裂压力分量Pf1、Pf2；
10)通过公式Pf＝Pf1×Pf2/(Pf1 2×sin2β+Pf2 2×cos2β)0.5求取斜井破裂压力Pf；相对方位角β是井斜方位与水平最大主应力方向的相对方位，β值由两方位角(井斜方位与最大主应力方位)差值的绝对值获得。
11)通过测井资料或钻井资料获取水平井眼相对方位角；水平井钻井资料或测井数据文件里一般都有水平井眼方位角，再与水平最大主应力方向结合，获取水平井眼相对方位角。
12)水平井，根据公式sdxy＝sdx×sdy/(sdx2×cos2(hpaz)+sdy2×sin2(hpaz))0.5计算水平井眼在相对方位角下的水平最小主应力分量；水平井眼相对方位hpaz是水平井筒与水平最大主应力方向的相对方位。
13)通过公式pf＝3.0×sdxy-Po-α×Pp+st算出水平井破裂压力。
14)根据用户需要输出Pf的计算结果，指导定向井储层压裂改造或注水开发。
下面结合具体实施例对本发明中的方法做更加详细的说明。
实施例
将本发明中的方法应用在斜井Y2-X6井中，具体包括如下步骤：
步骤A1：根据测量井段取值计算，Y2-X6井目的层段3496-3504米，孔隙度5.26％,属致密砂砾岩储层；
步骤A2：获取地层孔隙压力，根据采油厂提供的资料，本储层属正常压力地层，地层压力系数为1，经推算地层孔隙压力Pp为33.8MPa；
步骤A3：获取上覆地层压力，测量井段具有体积密度测井资料，根据测量井段顶部密度数值，推测顶部上覆地层压力系数为2.35，上覆地层压力为70.5MPa，利用密度积分取得本储层上覆地层压力Po为80.3MPa；
获取毕奥特系数，根据计算的地层体积压缩系数及骨架体积压缩系数，进一步获取毕奥特系数α为0.57；
获取水平最小主应力，地层深且致密，选用Terzaghi模式计算；经计算本储层水平最小主应力sdy为47.6MPa；
步骤A4：获取水平最大主应力，模拟正交偶极横波计算地应力差方法，计算本储层地应力差8.6MPa，与水平最小主应力相加得到水平最大主应力sdx为56.2MPa；
步骤A5：获取抗张强度，由固有剪切强度获取抗张强度st为5.6MPa；
步骤A6：获取井斜角和井斜方位角，根据测井曲线得到井斜角为9.2°，井斜相对方位角β为60°；
步骤A7：计算定向井(斜井)破裂压力，计算公式如下：
Pf＝Pf1×Pf2/(Pf1 2×sin2β+Pf2 2×cos2β)0.5，
Pf＝59.4MPa；
步骤A8：根据用户需求输出破裂压力Pf计算结果。
利用本实施例中方法计算斜井Y2-X6井目的层段3496-3504米破裂压力59.4MPa，完井压裂施工使用井下压力计测得目的地层破裂压力58.3MPa。
本实施例计算的储层破裂压力与现场实测破裂压力误差约1.89％，两者基本吻合，符合现场实际施工需要，具有较高的应用价值。
实施例
将本发明中的方法应用在碳酸盐岩水平井中，该水平井的水平段长706.44米，具体包括如下步骤：
步骤B1：根据测量井段取值计算，TH10-1H井目的层段6635-6895米，孔隙度4.5％,属致密碳酸盐岩储层；
步骤B2：获取地层孔隙压力，根据采油厂提供的资料，本储层属正常压力地层，地层压力系数为1，经推算地层孔隙压力Pp为59.0MPa；
步骤B3：获取上覆地层压力，有体积密度测井资料，根据测量井段顶部密度数值，推测顶部上覆地层压力系数为2.45，上覆地层压力为141.6MPa，利用密度累加取得本储层上覆地层压力为Po为146MPa；
获取毕奥特系数，根据计算的地层体积压缩系数及骨架体积压缩系数，进一步获取毕奥特系数α为0.5；
获取水平最小主应力，地层深且致密，选用Terzaghi模式计算；经计算本储层水平最小主应力sdy为85.0MPa；
步骤B4：获取水平最大主应力，模拟正交偶极横波计算地应力差方法，计算本储层地应力差8.6MPa，与水平最小主应力相加得到水平最大主应力sdx为93.6MPa；
步骤B5：获取抗张强度，由固有剪切强度获取抗张强度st为8.5MPa；
步骤B6：获取水平井筒相对方位角，根据测井曲线得到水平井眼方位角90°。从其它资料获取储层水平最大主应力方向0°左右，水平井筒相对(水平最大主应力方向)方位角hpaz为90°；
步骤B7：计算水平井破裂压力，计算公式如下：
sdxy＝sdx×sdy/(sdx2×cos2(hpaz)+sdy2×sin2(hpaz))0.5
pf＝3.0×sdxy-Po-α×Pp+st，
此处hpaz为水平井筒方位与水平最大主应力方向的相对方位角，计算该水平井破裂压力Pf＝110MPa；
步骤B8：根据用户需求输出破裂压力Pf计算结果。
利用本实施例中方法计算碳酸盐岩水平井TH10-1H井目的层段6635-6895米破裂压力110MPa，酸化压裂施工测试目的层破裂压力115MPa。压裂后6mm油嘴排液，日产液344.3m3，取得良好的压裂效果。
本发明计算的储层破裂压力，与现场实测破裂压力误差约为4.35％，两者基本接近，符合现场实际施工需要，能较好的指导水平井压裂施工方案的设计。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (4)
1.一种定向井破裂压力测井确定方法，其特征在于，包括：
根据测井资料获取与地层破裂压力相关的数据，所述数据包括：地层孔隙压力、上覆地层压力、毕奥特系数、抗张强度、水平最小主应力、水平最大主应力；
根据定向井的类型，获取斜井井斜角及井斜相对方位角，或者水平井井筒相对方位角；
根据获取到的与地层破裂压力相关的数据、斜井井斜角及斜井井斜相对方位角，或者水平井井筒相对方位角，按照预设深度步长获取测井曲线值，计算出测量井段的一段或者多段地层破裂压力。
2.根据权利要求1所述的定向井破裂压力测井确定方法，其特征在于，所述根据测井资料获取与地层破裂压力相关的数据，包括：
通过测井资料根据伊顿法或综合法获取地层孔隙压力Pp；或者
通过现场实测法或钻井液密度值获取地层孔隙压力Pp。
3.根据权利要求1所述的定向井破裂压力测井确定方法，其特征在于，所述根据测井资料获取与地层破裂压力相关的数据，包括：
通过测井资料中的体积密度数值按深度步长累加获取上覆地层压力Po；上覆地层压力Po的计算公式如下：
Po＝Po1+Hlev×DEN×0.01
式中：Po表示上覆地层压力，单位MPa；Po1表示地面到体积密度测量井段顶部深度段的上覆压力平均值，单位MPa；DEN表示体积密度测量值，单位g/cm3；Hlev表示深度步长，单位m。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的定向井破裂压力测井确定方法，其特征在于，
所述根据获取到的与地层破裂压力相关的数据、斜井井斜角及井斜相对方位角，或者水平井井眼相对方位角，按照预设深度步长获取测井曲线值，计算出测量井段的一段或者多段地层破裂压力；包括：
在定向井为斜井时，斜井破裂压力的计算公式如下：
Pf＝Pf1×Pf2/(Pf1 2×sin2β+Pf2 2×cos2β)0.5
式中：Pf1表示斜井破裂压力第一中间变量，Pf2表示斜井破裂压力第二中间变量，sdy表示水平最小主应力，Pf表示定向井破裂压力，sdx表示水平最大主应力，α表示毕奥特系数，Po表示上覆地层压力，Pp表示地层孔隙压力，表示斜井井斜角，β表示斜井井斜相对方位角，st表示抗张强度；
在定向井为水平井时，水平井破裂压力的计算公式如下：
sdxy＝sdx×sdy/(sdx2×cos2(hpaz)+sdy2×sin2(hpaz))0.5
pf＝3.0×sdxy-Po-α×Pp+st
式中：sdxy表示水平井破裂压力中间变量，hpaz表示水平井筒相对方位角。
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