CN114060002A - 一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，包括以下步骤：S1：获取目标油气田相关基础资料；S2：根据基础资料获取地层岩石基本参数；S3：根据所述步骤S2地层岩石基本参数计算现今地应力场；S4：根据完井类型建立斜井井周地应力计算模型，计算对应完井方式斜井井周应力场，确定井周主应力；S5：确定所述步骤S4主应力最小值，结合抗张强度理论，计算不同完井类型的斜井地层破裂压力P_f，本发明包括裸眼完井和射孔完井类型，考虑井斜角和井斜方位角计算地层破裂压力，为(酸)压裂施工参数优化设计提供了依据，本发明方法计算简单快捷、适用范围广泛。

Description

一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法

技术领域

本发明涉及油气田增产技术领域，具体涉及一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法。

背景技术

(酸)压裂技术是一种在油气田储层改造方面广泛应用的增产措施。(酸)压裂过程中裂缝起裂和扩展对增产效果十分重要，而对地层破裂压力的预测结果直接影响(酸)压裂方案设计。目前受地面复杂状况，斜井井型在国内外迅速发展，不同于直井破裂压力计算，斜井井斜角和井斜方位角会影响地层破裂压力计算。另外完井方式也会影响破裂压力预测结果。裸眼完井不需要下套管固井，一般用于产能较高的储层，海上油气田居多，而射孔完井需要下套管固井，射孔器射穿油气井管壁、水泥环和部分地层，这显然会降低地层破裂压力。

目前公开的破裂压力计算方法很多，但是针对性单一。有只针对裸眼完井定向井破裂压力计算的方法，如专利CN201711130402.3；有只针对裸眼完井直井的破裂压力计算方法，如专利CN202010126768.9；有针对套管射孔完井斜井破裂压力计算方法，如专利CN201811062388.2。但已有专利只能用于计算部分特殊完井方式和井型，未包含所有特殊完井方式和井型，不具有普遍适用性，例如裸眼完井的直井、斜井、水平井，套管射孔完井的直井、斜井、水平井，因此，综合考虑裸眼完井、套管射孔完井、直井、斜井、水平井等因素，建立一种具有普遍适用性且计算简单的地层破裂压力计算方法，即一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法,能应对不同井型和针对不同完井方式进行针对性计算，具有普遍适用性，使用情况更全面。

本发明采用下述的技术方案：

一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法方法，包括以下步骤：

步骤S1：获取目标油气田相关基础资料；

步骤S2：根据基础资料获取地层岩石基本参数；

步骤S3：根据所述步骤S2地层岩石基本参数计算现今地应力场；

步骤S4：根据完井类型建立斜井井周地应力计算模型，计算对应完井方式的斜井井周应力场，确定井周主应力σ_i、σ_j、σ_k；

步骤S5：根据步骤S4的井周主应力，确定主应力的最小值σ₃＝mi n{σ_i,σ_j,σ_k}，结合抗张强度理论，计算不同完井类型的斜井地层破裂压力P_f。

进一步的，所述步骤S1中的基础资料包括地质资料、钻完井资料、录井资料、测井资料和试井资料。

进一步的，所述步骤S2中的地层岩石基本参数包括：岩石密度、岩石静态泊松比、静态杨氏模量、岩石抗张强度、Bi ot系数、井斜角、井斜方位角、孔隙度、构造应力系数、地层孔隙压力；以上的地层岩石基本参数可以通过测井资料和岩石力学室内试验获取：

通过密度测井资料获取每个深度步长上的岩石平均密度ρ_b，单位g/cm³；

通过声波测井数据中的纵波、横波时差数值获取每个深度步长上的岩石动态泊松比μ_d；

通过岩石力学室内试验拟合出动静态岩石泊松比转换关系，获得岩石静态泊松比μ；

通过声波测井数据中的横波时差、岩石密度和权利要求1步骤S2计算的岩石泊松比数值获取每个深度步长上的岩石动态杨氏模量E_d；

通过岩石力学室内试验拟合出动静态岩石杨氏模量转换关系，获得岩石静态杨氏模量E；

通过岩石力学室内实验获取岩石抗张强度S_t，单位为MPa；

通过声波、密度测井数据计算Biot系数；

通过全波测井数据直接获取每个深度步长上的井斜角α和井斜方位角β；

通过全波测井数据获取每个深度步长上的孔隙度φ；

通过实际的地层情况和现场水力压裂试验反演获取构造应力系数ω₁和ω₂；

通过试井数据获取地层孔隙压力P_p。

进一步的，所述步骤S3中的现今地应力场包括上覆岩层应力、水平最大主应力、水平最小主应力，通过测井数据计算；计算通过测井资料中的每一深度步长上岩石密度的积分获取上覆岩层应力σ_v；通过所述步骤S2中获取的岩石静态泊松比、构造应力系数、Biot系数值和所述步骤S3中获取的上覆岩层应力值，根据黄氏模型计算每一深度步长上的最大水平主应力σ_H和最小水平主应力σ_h。

进一步的，所述步骤S4中的钻完井资料确定为裸眼完井，根据裸眼完井建立对应的斜井井周应力计算模型，计算裸眼完井斜井井周应力场，确定井周主应力；

其中，

σ_xx＝σ_Hcos²αcos²β+σ_hcos²αsin²β+σ_vsin²α

σ_yy＝σ_Hsin²β+σ_hcos²β

σ_zz＝σ_Hsin²αcos²β+σ_hsin²αsin²β+σ_vcos²α

τ_xy＝(σ_h-σ_H)cosαcosβsinβ

τ_yz＝(σ_h-σ_H)sinαcosβsinβ

τ_zx＝(σ_Hcos²β+σ_hsin²β-σ_v)sinαcosα

计算裸眼完井斜井井周应力场，计算公式如下：

进一步的，所述步骤S4中的钻完井资料确定为射孔完井，根据射孔完井建立对应的斜井井周应力计算模型，计算射孔完井斜井井周应力场，确定井周主应力；

计算射孔完井斜井井周应力场，计算公式如下：

所述射孔完井斜井井周主应力，计算公式如下：

进一步的，所述步骤S5中的斜井地层破裂压力P_f据岩石抗张强度理论计算，计算公式如下：

σ₃-α_pP_p≤-S_t (5)

本发明的有益效果是：

本发明解决了裸眼完井和射孔完井方式下斜井地层破裂压力预测方法，为(酸)压裂施工参数优化设计提供了依据，为提高(酸)压裂增产改造效果奠定了基础；本发明方法计算简单快捷、适用范围广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为本发明的流程框图；

图2为本发明实施例中斜井B2-X井地层岩石基本参数结果图；

图3为本发明实施例中斜井B2-X井现今地应力场结果图；

图4为本发明实施例中斜井B2-X井破裂压力结果图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，包括有以下步骤：

步骤S1中，获取目标油气田的地质资料、钻完井资料、录井资料、测井资料和试井资料。

步骤S2中，通过测井资料和岩石力学室内试验获取地层岩石基本参数，通过密度测井资料获取每个深度步长上的岩石平均密度ρ_b；通过声波测井数据中的纵波、横波时差数值获取每个深度步长上的岩石动态泊松比μ_d，岩石动态泊松比计算公式为：

式中，Δt_c、Δt_s分别为地层纵波、横波时差，单位为μs/ft；μ_d为岩石动态泊松比，无因次；

通过岩石力学室内试验拟合出动静态岩石泊松比转换关系，获得岩石静态泊松比μ；通过声波测井数据中的横波时差、岩石密度和权利要求1步骤S2计算的岩石泊松比数值获取每个深度步长上的岩石动态杨氏模量E_d，岩石动态杨氏模量计算公式为：

式中，E_d为岩石动态杨氏模量，单位为GPa；a为转换系数，值为1.34×10¹⁰；

通过岩石力学室内试验拟合出动静态岩石杨氏模量转换关系，获得岩石静态杨氏模量E；通过岩石力学室内实验获取岩石抗张强度S_t；通过声波、密度测井数据计算Biot系数，计算公式为：

式中，α_p为Biot系数，无因次；ρ_b、ρ_m分别为地层和岩石骨架体积密度，单位为g/cm³；Δt_mc、Δt_ms分别为岩石骨架的纵横波时差，单位为μs/ft；

通过全波测井数据直接获取每个深度步长上的井斜角α和井斜方位角β；通过全波测井数据获取每个深度步长上的孔隙度φ；通过实际的地层情况和现场水力压裂试验反演获取构造应力系数ω₁和ω₂；通过试井数据获取地层孔隙压力P_p。

步骤S3中，根据所述步骤S2中地层岩石基本参数计算现今地应力场，现今地应力场包括上覆岩层应力、水平最大主应力、水平最小主应力，通过测井数据计算；

通过测井资料中的每一深度步长上岩石密度的积分获取上覆岩层应力σ_v，计算公式为：

式中，σ_v为上覆岩层应力，单位为MPa；H₁为转盘海拔，H₂为海平面至海底泥面的深度，单位为m；H₃为泥面以下地层深度，单位为m；ρ_w为海水密度，单位为g/cm³；g为重力加速度，单位为m/s²。

通过所述步骤S2中获取的岩石静态泊松比、构造应力系数、Biot系数值和所述步骤S3中获取的上覆岩层应力值，根据黄氏模型计算每一深度步长上的最大水平主应力σ_H和最小水平主应力σ_h，计算公式为：

式中，σ_H为最大水平主应力，单位为MPa；σ_h为最小水平主应力，单位为MPa。

步骤S4中，通过钻完井资料获取，进行完井类型判断，完井类型包括裸眼完井和射孔完井，根据不同完井类型建立对应的斜井井周应力计算模型，计算不同完井方式斜井井周应力场，确定井周主应力；

通过裸眼完井斜井井周应力计算模型，计算裸眼完井斜井井周应力场，计算公式如下：

其中，

σ_xx＝σ_Hcos²αcos²β+σ_hcos²αsin²β+σ_vsin²α

σ_yy＝σ_Hsin²β+σ_hcos²β

σ_zz＝σ_Hsin²αcos²β+σ_hsin²αsin²β+σ_vcos²α

τ_xy＝(σ_h-σ_H)cosαcosβsinβ

τ_yz＝(σ_h-σ_H)sinαcosβsinβ

τ_zx＝(σ_Hcos²β+σ_hsin²β-σ_v)sinαcosα

裸眼井井壁处岩石受到的总应力计算公式为：

通过射孔完井斜井井周应力计算模型，计算射孔完井斜井井周应力场，计算公式如下：

射孔孔眼处岩石受到的总应力计算公式为：

步骤S5中，确定所述步骤S4主应力最小值σ₃＝min{σ_i,σ_j,σ_k}，结合抗张强度理论，计算不同完井类型的斜井地层破裂压力P_f，计算公式如下：

σ₃-α_pP_p≤-S_t (5)

本发明实现了裸眼完井和射孔完井方式下斜井地层破裂的压力预测方法，让不同的完井方式和井型，都能实现地层破裂压力预测，提高石油产量。

实施例1：

如图1至图4所示，将本发明中的方法应用于裸眼完井斜井B2-X井中，具体包括以下步骤：

步骤S1：获取目标油气田地质资料、钻完井资料、录井资料、测井资料和试井资料；

步骤S2：根据基础资料获取地层岩石基本参数，根据测井数据和岩石力学室内试验获取岩石密度ρ_b、岩石静态泊松比μ、静态杨氏模量E、Bi ot系数、井斜角α、井斜方位角β，通过试井数据计算地层孔隙压力P_p；通过岩石力学室内试验获取岩石抗张强度为3MPa；孔隙度φ计算为4.4％；构造应力系数根据现场水力压裂试验反演计算为构造应力系数ω₁为0.441，ω₂为0.096。

步骤S3：根据步骤S2每个深度步长的地层岩石基本参数计算现今地应力场，计算出每个深度步长上的覆岩层压力σ_v、水平最大主应力σ_H和水平最小主应力σ_h，计算出的上覆岩层压力平均值σ_v为123.5MPa，水平最大主应力平均值σ_H为110.3MPa和水平最小主应力平均值σ_h为73.1MPa。

步骤S4：根据钻完井资料确定B2-X井为裸眼完井，通过裸眼完井斜井井周应力计算模型计算裸眼完井斜井井周应力场，再求解裸眼井井壁处岩石受到的总应力计算公式。

步骤S5：通过在每一深度步长上获得主应力最小值σ₃，结合抗张强度理论求解出井底流体压力P_i即为此时的斜井地层破裂压力P_f，计算的每个深度步长上的斜井破裂压力P_f，平均值为98.6MPa，与现场酸压施工前后数据回放数据误差为1.21％，本发明的方法能够获得明显更高的计算精度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取目标油气田相关基础资料；

步骤S2：根据基础资料获取地层岩石基本参数；

步骤S3：根据所述步骤S2地层岩石基本参数计算现今地应力场；

步骤S4：根据完井类型建立斜井井周地应力计算模型，计算对应完井方式的斜井井周应力场，确定井周主应力σ_i、σ_j、σ_k；

步骤S5：根据步骤S4的井周主应力，确定主应力的最小值σ₃＝min{σ_i,σ_j,σ_k}，结合抗张强度理论，计算不同完井类型的斜井地层破裂压力P_f。

2.根据权利要求1所述的一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，其特征在于，所述步骤S1中的基础资料包括地质资料、钻完井资料、录井资料、测井资料和试井资料。

3.根据权利要求1所述的一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，其特征在于，所述步骤S2中的地层岩石基本参数包括：岩石密度、岩石静态泊松比、静态杨氏模量、岩石抗张强度、Biot系数、井斜角、井斜方位角、孔隙度、构造应力系数、地层孔隙压力。

4.根据权利要求1所述的一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，其特征在于，所述步骤S3中的现今地应力场包括上覆岩层应力、水平最大主应力、水平最小主应力，通过测井数据计算。

5.根据权利要求1所述的一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，其特征在于，所述步骤S4中的钻完井资料确定完井类型为裸眼完井，根据裸眼完井建立对应的斜井井周应力计算模型，计算裸眼完井斜井井周应力场，确定井周主应力；

计算裸眼完井斜井井周应力场，计算公式如下：

其中，

σ_xx＝σ_Hcos²αcos²β+σ_hcos²αsin²β+σ_vsin²α

σ_yy＝σ_Hsin²β+σ_hcos²β

σ_zz＝σ_Hsin²αcos²β+σ_hsin²αsin²β+σ_vcos²α

τ_xy＝(σ_h-σ_H)cosαcosβsinβ

τ_yz＝(σ_h-σ_H)sinαcosβsinβ

τ_zx＝(σ_Hcos²β+σ_hsin²β-σ_v)sinαcosα

式中，σ_r为井眼圆柱坐标下径向应力，单位为MPa；σ_θ为井眼圆柱坐标下周向应力，单位为MPa；σ_z为井眼圆柱坐标下垂向应力，单位为MPa；τ_θz、τ_rθ、τ_rz分别为井眼圆柱坐标下剪切应力，单位为MPa；σ_xx、σ_yy、σ_zz、τ_xy、τ_yz、τ_zx分别为井眼直角坐标下井周应力，单位为MPa；σ_H为最大水平主应力，单位为MPa；σ_h为最小水平主应力，单位为MPa；σ_v为上覆岩层应力，单位为MPa；P_i为井底流体压力，单位为MPa；θ为井周角，单位为度；α为井斜角，单位为度；β为井斜方位与水平最大地应力方位的交角，单位为度；η为渗透系数，地层可渗透时为1，地层不可渗透时为0，无因次；φ为地层孔隙度，无因次；

所述裸眼完井斜井井周主应力，计算公式如下：

式中，σ_il、σ_jl、σ_kl分别为裸眼完井井眼主应力，单位为MPa；σ_r为井眼圆柱坐标下径向应力，单位为MPa；σ_θ为井眼圆柱坐标下周向应力，单位为MPa；σ_z为井眼圆柱坐标下垂向应力，单位为MPa；τ_θz为井眼圆柱坐标下剪切应力，单位为MPa。

6.根据权利要求1所述的一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，其特征在于，所述步骤S4中的钻完井资料确定完井类型为射孔完井，根据射孔完井建立对应的斜井井周应力计算模型，计算射孔完井斜井井周应力场，确定井周主应力；

计算射孔完井斜井井周应力场，计算公式如下：

式中，σ_s为射孔眼圆柱坐标下径向应力，单位为MPa；σ_φ为射孔眼圆柱坐标下周向应力，单位为MPa；σ_zz’为射孔眼圆柱坐标下轴向应力，单位为MPa；τ_zz’φ、τ_sφ、τ_szz’分别为射孔眼圆柱坐标下剪切应力，单位为MPa；

所述射孔完井斜井井周主应力，计算公式如下：

式中，σ_is、σ_js、σ_ks分别为射孔孔眼处主应力，单位为MPa；σ_s为射孔眼圆柱坐标下径向应力，单位为MPa；σ_φ为射孔眼圆柱坐标下周向应力，单位为MPa；σ_zz’为射孔眼圆柱坐标下轴向应力，单位为MPa；τ_zz’φ为射孔眼圆柱坐标下剪切应力，单位为MPa。

7.根据权利要求5或6所述的一种不同完井方式斜井地层破裂压力计算方法，其特征在于，所述步骤S5中的斜井地层破裂压力Pf据岩石抗张强度理论计算，计算公式如下：

σ₃-α_pP_p≤-S_t (5)

式中，σ₃为最小主应力，单位为MPa；α_p为Biot系数，无因次；S_t为岩石抗张强度，单位为MPa；P_p为地层孔隙压力，单位为MPa。

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