[发明专利]适用于压力衰竭地层的井壁稳定的研究方法

摘要

本发明公开了一种适用于压力衰竭地层的井壁稳定的研究方法，该方法综合地下岩石力学、测井学、连续介质力学、弹性力学、数理统计学等多学科知识点，从地层压力衰竭后岩石骨架颗粒的微观变形情况入手，到岩石的宏观声波响应表现、特性参数变化等，并充分利用该油田地层压力未衰竭时的部分资料(如岩石骨架密度测井、泥质含量测井、地层压力以及坍塌破裂压力实测点，地层岩心等)，最终确定出压力衰竭地层的坍塌、破裂压力从而为压力衰竭地层钻井的钻井液密度选择提供指导依据。本发明计算方法的精确度较高，只有破裂压力的预测上稍微有点误差。

主权项

一种适用于压力衰竭地层的井壁稳定的研究方法，其特征在于：包括以下步骤：1)收集距离待钻井位最近的已钻井的储层岩心，通过大量室内岩心声波实验，记录岩石有效应力与对应的声波传播速度数据，通过对大量的实验数据统计并标识在坐标纸上，得到岩石有效应力与声波速度之间的关系；2)首先根据岩石密度测井数据积分得到上覆岩层压力，再根据油气田储集层地层压力衰竭情况，确定出地层岩石有效应力大小，然后确定上覆岩层压力、地层压力、有效应力三者之间的关系如下：σc＝pu‑αpp       (2)，其中σc为有效应力、pu为上覆岩层压力、pp为地层压力、α为应力贡献系数，α为0.8～0.9；3)根据步骤2)得到的地层有效应力带入到步骤1)中得到的岩石有效应力与声波速度的对数关系，即得到压力衰竭地层的地层声波速度数据，结合该声波数据，最终得到压力衰竭后岩石弹性模量、泊松比a、弹性模量与声波速度关系E1=ρVs2(3Vp2-4Vs2)Vp2-2Vs2---(3a)]]>b、泊松比与声波速度关系μ1=Vp2-2Vs22(Vp2-Vs2)---(3b)]]>其中E1—压力衰竭后岩石弹性模量；μ1—压力衰竭后岩石泊松比；Vp—纵波速度；Vs—横波速度；4)建立地应力计算模型：a.为了得到方便应用于现场的地应力计算模型，特假设地层岩石为各向同性弹性体，压力衰竭前地层岩石变形公式为：ϵi0=1E0[(σi0-αpp)-μ0(σj0+σk0-2αpp)]---(4a)]]>压力衰竭后地层岩石变形公式为：ϵi1=1E1[(σi1-αpp)-μ1(σj1+σk1-2αpp)]---(4b)]]>式中ε为岩石形变；i、j、k分别代表空间直角坐标中三个不同的方向，同时σx＝σH(水平最大主应力)、σy＝σh(水平最小主应力)、σz＝σv(垂向主应力)；b.地层压力下降后，基岩应力必然增加将导致岩石颗粒挤压变形，油气田地表会出现一定程度的下沉，但是下沉量一般远小于储集层埋深，认为上覆岩层压力在油气压力衰竭前后不变，即σv0＝σv1＝σv；同时由于致密圈闭层的存在，限制了岩石在水平方向上的变形，即εH1‑εH0＝εh1‑εh0＝0，建立了地应力计算模型：{σh1σH1=E1E01-μ0μ11-μ12{σh0σH0+E1E0μ1-μ01-μ12{σH0σh0+μ1E0-μ0E1E0(1-μ1)σν+E1E02μ0-11-μ1αP0+1-2μ11-μ1αP1---(4c)]]>其中σv、σH、σh为三个主地应力；P为孔隙压力；α为应力贡献系数；物理量下标0、1分别表示物理量处于压力衰竭前、后状态；5)利用步骤3)得到的压力衰竭后岩石特性参数值，即压力衰竭后岩石弹性模量和泊松比，及其油田原始地层数据，即原始地应力、原始弹性模量、泊松比、原始孔隙压力及衰竭后孔隙压力，计算得到压力衰竭后地层地应力值；6)根据压力衰竭地层井段的井壁应力分析公式，结合步骤5)得到压力衰竭后的地应力值，最终确定出压力衰竭地层的坍塌、破裂压力，当在压力衰竭地层钻进时钻井液密度小于所计算的坍塌压力将会导致井壁坍塌，当钻井密度大于所计算的破裂压力时将会导致井壁破裂，从而为压力衰竭地层钻井的钻井液密度选择提供指导依据。