CN116341174A - 一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法及系统，以测井及岩石力学测试实验数据为基础，采用Techlog软件建立全井剖面地质力学模型，并对全井剖面地质力学模型开展出砂预测，计算得到随地层压力衰竭界出砂生产压差变化情况，明确出砂高风险井段，为单井合理配产提供了依据。

Description

一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法及系统

技术领域

本发明涉及石油开采领域，具体为一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法及系统。

背景技术

随着石油天然气工业的不断发展和国内天然气需求量的日益攀升，超高压裂缝性致密砂岩气藏因其储量巨大、产能高，已经成为非常规天然气勘探开发的重要领域之一。随着此类气藏的大规模开采，出砂是油气井生产过程中面临的重要问题之一。出砂多发生于岩石孔隙度大、胶结程度低、岩石强小的疏松砂岩油气藏，致密砂岩油气藏通常不易出砂。然而随着致密气开发规模的不断扩张，部分超高压致密裂缝性砂岩气藏出现了大量出砂的情况。

塔里木油田库车山前地下储层致密、岩石强度高、发育裂缝，岩性为砂岩，实际开采过程中出现大面积出砂问题，而传统出砂预测方法认为该地区不出砂或临界出砂生产压差原高于现场实际出砂生产压差，与该地区实际生产情况不符，无法指导该地区合理开发。

因此，建立一套裂缝性砂岩出砂预测方法对于开发生产显得尤为必要。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法及系统，为单井合理配产提供了依据。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，包括以下步骤：

步骤1、根据测井及岩石力学数据建立全井剖面地质力学模型；

步骤2、根据全井剖面地质力学模型确定井周应力场；

步骤3、确定井周应力场的最大和最小主应力；

步骤4、根据井周应力场的最大和最小主应力并结合岩石破坏准则，得到随地层压力衰竭，临界出砂生产压差。

优选的，步骤1中所述测井及岩石力学数据包括岩石单轴抗压强度UCS、岩石泊松比γ、岩石比奥特系数α、岩石杨氏模量E、岩石的内摩擦系数μ、岩石最小水平主应力方向应变εx、最大水平主应力方向应变εy、上覆岩层压力σ_v、岩石孔隙压力、岩石最小和最大水平主应力。

优选的，所述岩石单轴抗压强度UCS的确定方法如下：

首先，开展岩心单轴抗压强度实验获取实验测量的岩石单轴抗压强度UCS，对测量的岩石单轴抗压强度UCS修正并计算三维井壁稳定性，直到与成像获得的井壁崩落图像吻合，得到岩石单轴抗压强度UCS。

优选的，根据岩石最小水平主应力方向应变εx、最大水平主应力方向应变εy和孔隙压力确定岩石最小和最大水平主应力。

优选的，所述最小和最大水平主应力的计算方法如下：

式中：σ_h为最小水平主应力，σ_H为最大水平主应力，α为比奥特系数，P_fo为孔隙压力。

优选的，步骤2中将上覆岩层应力、最小水平主应力、最大水平主应力转化为井周应力场。

优选的，所述井周应力场包括径向主应力σ_r、周向主应力σ_θ和垂向主应力σ_z；

σ_r＝p_w

其中，p_w为井底流压，θ为方位角。

优选的，步骤3所述周应力场的最大和最小主应力的表达式如下：

σ_max＝max{σ_r、σ_θ、σ_z}

σ_min＝min{σ_r、σ_θ、σ_z}

优选的，步骤4中所述临界出砂生产压差的计算方法如下：

式中，σ_max为最大主应力，Φ为内摩擦角，σ_min为最小主应力。

一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法的系统，包括，

模型构建模块，用于根据测井及岩石力学数据建立全井剖面地质力学模型；

井周应力场模块，用于根据全井剖面地质力学模型确定井周应力场；

主应力模块，用于确定井周应力场的最大和最小主应力；

压差计算模块，用于根据井周应力场的最大和最小主应力并结合岩石破坏准则，得到随地层压力衰竭，临界出砂生产压差。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，以测井及岩石力学测试实验数据为基础，采用Techlog软件建立全井剖面地质力学模型，并对全井剖面地质力学模型开展出砂预测，计算得到随地层压力衰竭界出砂生产压差变化情况，明确出砂高风险井段，为单井合理配产提供了依据。

附图说明

图1为本发明地质力学剖面图；

图2为本发明临界出砂生产压差剖面图；

图3为本发明高风险井段临界出砂生产压差随地层压力变化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参阅图1和2，一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，包括以下步骤：

步骤1、根据测井及岩石石力学数据建立全井剖面地质力学模型；

测井及岩石力学数据包括岩石单轴抗压强度UCS、岩石泊松比γ、岩石比奥特系数α、岩石杨氏模量E、岩石的内摩擦系数μ、岩石最小水平主应力方向应变εx、最大水平主应力方向应变εy、上覆岩层压力σ_v、岩石孔隙压力、岩石最小和最大水平主应力。

S1、获取岩石单轴抗压强度UCS，具体如下：

首先，开展岩心单轴抗压强度实验获取实验测量的岩石单轴抗压强度UCS，修正岩石单轴抗压强度UCS值并计算三维井壁稳定性，直到与成像获得的井壁崩落图像吻合，该时候修正后UCS值则为需要的岩石单轴抗压强度UCS。

S2、获取岩石泊松比γ。

岩石泊松比是岩石在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，是一个无量纲量，可以通过下式或岩石压缩实验获得。

式中：v_s为横波波速，v_p为纵波波速。

S3、获取岩石比奥特系数α，计算公式如下：

式中：k_b为岩体体积模量，k_s为岩石颗粒体积模量。

S4、获取岩石杨氏模量E。

岩石杨氏模量是描述岩石抵抗形变能力的物理量。当一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL时，F/S叫应力，其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力。杨氏模量衡量反映材料的拉伸弹性，定义为在胡克定律适用的范围内，单轴应力和单轴形变之间的比，可以通过下式或进行岩石强度测试实验获得。

式中：v_s为横波波速，v_p为纵波波速，ρ_b为岩石密度。

S5、岩石强度测试实验获取岩石的内摩擦系数μ。

S6、获取岩石最小水平主应力方向应变εx、最大水平主应力方向应变εy。

可以通过调研该地区地质力学资料获得。

S7、计算上覆岩层压力。

式中：σ_v为上覆岩层应力，ρ_z为密度测井值，g为重力加速度，Z为上覆岩层埋深。

S8、通过井下压力计实测获得孔隙压力。

S9、根据岩石最小水平主应力方向应变εx、最大水平主应力方向应变εy和孔隙压力计算最小和最大水平主应力。

式中：σ_h为最小水平主应力，σ_H为最大水平主应力，P_fo为孔隙压力，α为比奥特系数。

步骤2、根据全井剖面地质力学模型确定井周应力场；

将上覆岩层应力、最小水平主应力、最大水平主应力转化为井周应力场。

地层岩石破坏、出砂首先从井周附近开始，因此需要将3个主应力场(上覆岩层应力、最小水平主应力、最大水平主应力)转化为井周应力场(以直井为例)：

σ_r＝p_w

式中，σr为径向主应力，pw为井底流压，σθ为周向主应力，θ为方位角，σz为垂向主应力。

步骤3、开展井周应力场的最大、最小主应力判别。

σ_max＝max{σ_r、σ_θ、σ_z}

σ_min＝min{σ_r、σ_θ、σ_z}

步骤4、将最大和最小主应力代入岩石破坏准则中计算，得到随地层压力衰竭，临界出砂生产压差变化情况，明确出砂高风险井段(图2)。

式中σ_max为最大主应力，Φ为内摩擦角，σ_min为最小主应力。

步骤5、根据随地层压力衰竭，临界出砂生产压差变化情况，生成高风险段临界出砂生产压差随地层压力变化图版(图3)。

一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法的系统，包括，

模型构建模块，用于根据测井及岩石力学数据建立全井剖面地质力学模型；

井周应力场模块，用于根据全井剖面地质力学模型确定井周应力场；

主应力模块，用于确定井周应力场的最大和最小主应力；

压差计算模块，用于根据井周应力场的最大和最小主应力并结合岩石破坏准则，得到随地层压力衰竭，临界出砂生产压差。

本发明提供的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，以测井及岩石力学测试实验数据为基础，采用Techlog软件建立全井剖面地质力学模型，并对全井剖面地质力学模型开展出砂预测，计算得到随地层压力衰竭界出砂生产压差变化情况，明确出砂高风险井段，为单井合理配产提供了依据。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据测井及岩石力学数据建立全井剖面地质力学模型；

步骤2、根据全井剖面地质力学模型确定井周应力场；

步骤3、确定井周应力场的最大和最小主应力；

步骤4、根据井周应力场的最大和最小主应力并结合岩石破坏准则，得到随地层压力衰竭，临界出砂生产压差。

2.根据权利要求1所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，步骤1中所述测井及岩石力学数据包括岩石单轴抗压强度UCS、岩石泊松比γ、岩石比奥特系数α、岩石杨氏模量E、岩石的内摩擦系数μ、岩石最小水平主应力方向应变εx、最大水平主应力方向应变εy、上覆岩层压力σ_v、岩石孔隙压力、岩石最小和最大水平主应力。

3.根据权利要求1所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，所述岩石单轴抗压强度UCS的确定方法如下：

首先，开展岩心单轴抗压强度实验获取实验测量的岩石单轴抗压强度UCS，对测量的岩石单轴抗压强度UCS修正并计算三维井壁稳定性，直到与成像获得的井壁崩落图像吻合，得到岩石单轴抗压强度UCS。

4.根据权利要求2所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，根据岩石最小水平主应力方向应变εx、最大水平主应力方向应变εy和孔隙压力确定岩石最小和最大水平主应力。

5.根据权利要求4所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，所述最小和最大水平主应力的计算方法如下：

式中：σ_h为最小水平主应力，σ_H为最大水平主应力，α为比奥特系数，P_fo为孔隙压力。

6.根据权利要求2所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，步骤2中将上覆岩层应力、最小水平主应力、最大水平主应力转化为井周应力场。

7.根据权利要求6所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，所述井周应力场包括径向主应力σ_r、周向主应力σ_θ和垂向主应力σ_z；

σ_r＝p_w

其中，p_w为井底流压，θ为方位角。

8.根据权利要求7所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，步骤3所述周应力场的最大和最小主应力的表达式如下：

σ_max＝max{σ_r、σ_θ、σ_z}

σ_min＝min{σ_r、σ_θ、σ_z}

9.根据权利要求8所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法，其特征在于，步骤4中所述临界出砂生产压差的计算方法如下：

式中，σ_max为最大主应力，Φ为内摩擦角，σ_min为最小主应力。

10.一种权利要求1-9任一项所述的一种裂缝性砂岩储层临界出砂生产压差预测方法的系统，其特征在于，包括，

模型构建模块，用于根据测井及岩石力学数据建立全井剖面地质力学模型；

井周应力场模块，用于根据全井剖面地质力学模型确定井周应力场；

主应力模块，用于确定井周应力场的最大和最小主应力；

压差计算模块，用于根据井周应力场的最大和最小主应力并结合岩石破坏准则，得到随地层压力衰竭，临界出砂生产压差。

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