密井网浅层套损危害体识别方法

摘要

一种密井网浅层套损危害体识别方法。该方法包括下列步骤：（1）确定浅层套损高压区压力源，由此确定可能存在危害体；（2）结合区域地质构造特征、砂体分布状况，确定出是否存在储集体，由此确定存在危害体；（3）浅层钻井危害体形成机理分析；（4）地应力预测与计算；（5）岩石力学参数测试；（6）浅层钻井危害体识别与地层压力预测工程应用。该方法准确预测出危害体范围、深度及浅层压力系数，为浅层套损区钻井提供准确、翔实的地质数据，以此为依据，制定该区块安全钻井方案，为老油区安全快速钻井提供有力保证。

主权项

1.一种密井网浅层套损危害体识别方法，该方法包括下列步骤：密井网浅层套损危害体识别方法通过浅层钻井危害体形成机理分析、地应力预测与计算和岩石力学参数测试，根据目标区域地质构造特征、砂体分布状况、测井和录井资料，建立研究区域地质模型，并确定相应边界条件，运用数值模拟方法，预测地层压力异常情况和地层应力分布情况，识别目标区域钻井危害体，并确定危害体影响范围，以此为依据制定钻井对策：（1）确定浅层套损高压区压力源，由此确定可能存在危害体：A、浅层套损后，注水井长期往浅层井段注水；B、下部油层高压油气通过套管内环空，在浅层套损点外漏进入上部地层；C、下部地层高压油气通过套管外空间向上部运移；（2）结合区域地质构造特征、砂体分布状况，确定出是否存在储集体，由此确定存在危害体；（3）浅层钻井危害体形成机理分析：通过以往取心、密度测井等资料进行实验和测试；A、泥页岩层浅层钻井危害体：垂直于地层层理的浸水试验：利用X-Ray检测岩心中含水饱和度的变化是目前比较成熟的技术，根据岩样浸水前后的X-Ray值可以判断水的位置，再由测量的时间，就可以计算出泥岩的浸水速度，从试验结果可知：泥岩的浸水参数：泥岩浸水强度、浸水深度和浸水速度，主要受盖层孔隙压力之差的影响；沿泥页岩层理界面浸水试验：沿垂直于泥岩层理界面方向和沿泥岩层理界面方向的浸水试验，说明了泥岩的浸水速度随浸水时间的增加而减慢，直至浸水速度为零，浸水速度和浸水深度均为注水压差的函数，压差越大，浸水速度和浸水深度也越大；泥岩含水量对其力学特性的影响：不同类型的泥页岩其内聚力和内摩擦角的大小有很大差别，但浸水后其内聚力和内摩擦角都有很大程度的降低，曲线的斜率大小说明岩样对浸水的敏感程度；泥页岩钻井危害体形成机理：注入压力超过泥页岩层的破裂压力，水侵范围为裂缝长度与浸水长度之和；起裂模型： Terzaghi模式、史蒂芬模式、黄荣樽模式；水平缝起裂模式：当注水压力超过水平缝起裂压力时，泥页岩层首先起裂，形成水平裂缝，并储集流体，形成浅层钻井危害体；B、独立砂体浅层钻井危害体：地应力来源于残存的古构造应力、地层的上覆重力、大陆板块的运动碰撞、地层中的水压力梯度等；因此地应力是地下岩体中客观存在的内应力；在地下的岩体中存在着三个在方向上相互垂直的主地应力，即由岩体自重引起的垂向地应力σv 和两个水平方向的主地应力σH和σh；一般情况下，三个主应力是不相等的；地应力计算模型：垂向地应力计算模型：瑞士地质学家Heim认为垂向地应力σv是由上覆地层重力引起的，它是随着地层密度和深度而变化的，因此可用密度测井资料来求出垂向地应力：（3-1）式中： h为地层埋藏深度；为地层密度随地层深度h变化的函数；g为重力加速度；水平地应力计算模型：金尼克模式、Mattews 和Kelly模型、Terzaghi模型、Anderson模型、 Neberry模型、两向不等地应力模型； 假设地层向单方向挤压得出的原地最小主应力，单向挤压的结果就是地层在一个方向上受构造应力作用，而另一个方向上没有构造应力，构造应力在各个方向上都基本存在，而且是不相等的，地应力大小的关系式：地应力计算结果：运用密度测井资料和深度资料，可以得到各深度地应力值；岩石力学参数测试：抗拉强度试验：测量出岩石抗张强度；单轴和三轴应力试验：测量出不同围压下岩石的抗压强度、泊松比和弹性模量等参数；在独立砂体中只考虑渗流问题；（4）浅层钻井危害体数值模拟分析：有限单元法是目前在工程技术领域内常用的数值模拟方法，有限单元法的基本思想是将问题的求解域划分为一系列单元，单元之间仅靠节点连接；单元内部点的待求量可由单元节点量通过选定的函数关系插值求得；由于单元形状简单，易于由平衡关系或能量建立节点量之间的方程式，然后将各个单元方程“组集”在一起而形成总体代数方程组，计入边界条件后即可对方程组求解；渗流理论：有限单元法求解渗流问题的方法和相关方程为：广义达西定律、基本方程、问题的离散化、三维多孔介质流固耦合系统的有限单元格式；三维弹性动力学的基本方程为：运动方程：（在域内）几何方程：（在域内）物理方程：边界条件：（在边界上）（在边界上）初始条件（在域内）（在域内）式中，为质量密度，为阻尼系数，和分别为i方向的速度和加速度；综合上述，可以得到多孔介质流固耦合系统的有限元求解方程为：A、泥页岩层数值模拟分析：上下层位为砂岩层，中间层位为泥页岩层，通过前期测试和实验获得材料参数和地应力值，边界设置中设定底面固定约束，其余面按地应力值设置为应力边界；模型中泥页岩层位流场采用裂缝流，设置缝面粗糙度系数；泥页岩浸水后其内聚力和内摩擦角都有很大程度的降低，当注入压力压力大于泥页岩层破裂压力时，泥页岩层理张开扩展，直至压力小于泥页岩层理起裂压力；在泥页岩层理张开的区域由于压力降的原因，将形成一个浅层套损危害体；采用自由四面体网格剖分模型，通过有限元分析计算，通过建模软件得到泥页岩层理张开情况及浅层套损危害体压力分布情况；B、独立砂体数值模拟分析：地层中间存在着一个独立的砂体，形状近似为椭圆柱体形状，独立砂体的渗透率、孔隙度均大于周围地层，具有独立的弹性模量；通过前期测试和实验获得材料参数和地应力值，边界设置中设定底面固定约束，其余面按地应力值设置为应力边界；模型中流场采用达西渗流，独立砂体和总体地层设置不同的渗透率、孔隙度、弹性模量；采用自由四面体网格剖分模型，经有限元分析计算，通过建模软件得到浅层套损危害体压力分布情况。