注水井破裂壓力預測方法研究

1、注水井破裂壓力預測方法研究注水井破裂壓力預測方法研究大慶油田有限責任公司大慶油田有限責任公司二二六年十一月六年十一月一、前言一、前言 隨著油田開發(fā)的不斷進行，套管損壞已經(jīng)是油田開發(fā)所面臨的最嚴峻的問題之一。地層破裂是導致套損的主要原因。 目前油田所應用的確定合理注水壓力的方法過于簡單。油田開發(fā)過程中有時會需要較高的注水壓力，又不能使油層破裂，所以確定精確的注水壓力界限就尤為重要。地層破裂壓力的預測直接關系到水井合理注水壓力的確定。5 . 013. 0098. 0HP允HHPPf23. 0098. 05 . 000981. 0允二、預測模型二、預測模型黃氏破裂壓力預測模型：黃氏破裂壓力預測模型：

2、 Pf地層破裂壓力，MPa； PP地層孔隙壓力， MPa； S上覆巖層壓力， MPa； St巖石抗張強度， MPa； 地層泊松比，無因次； K構(gòu)造應力系數(shù)，無因次。tPPfSPSKPP12 由于黃氏破裂壓力預測模型不僅考慮到巖層上覆壓力是深度的函數(shù)，而且還考慮到井壁應力集中的影響、地下非均勻分布的構(gòu)造應力的作用，以及巖層強度等因素，因而能適用于不同條件的地區(qū)，所預測的破裂壓力將較更為準確可靠。本文以黃氏破裂壓力預測模型為基礎，并與實際相結(jié)合，在模型參數(shù)的確定上進行了改進。該模型中，是與地層巖性有關的參數(shù)，K與地層構(gòu)造情況有關。在同一區(qū)塊中，、K值變化不大，可將二者視為常數(shù)，即：式中：式中：地層

3、系數(shù)，無因次地層系數(shù)，無因次。則該模型最終轉(zhuǎn)化為：所以，通過破裂壓力可確定最高允許注水壓力：K12tPPfSPSPPzgfPPPPP靜允H0.00981P靜式中式中: P: P允允最高允許注水壓力，最高允許注水壓力，MPaMPa；P P靜靜靜水柱壓力，靜水柱壓力，MPaMPa；PgPg管損，管損，MPaMPa；PzPz嘴損，嘴損，MPaMPa。三、模型中各參數(shù)的確定三、模型中各參數(shù)的確定巖層的抗張強度可以通過壓裂施工曲線直接求取。PfPs典型壓裂施工曲線典型壓裂施工曲線 sftPPS式中： St巖石抗張強度， MPa；Pf地層破裂壓力，MPa;Ps維持地層開啟壓力，MPa 為了驗證本方法的正確

4、性本研究選取兩口井四個層位的巖芯進行巴西劈裂抗拉實驗,通過此實驗確定該層位巖石抗張強度,并與通過壓裂施工曲線讀取的抗張強度值進行對比驗證.所得實驗結(jié)果與壓裂施工曲線讀取的抗張強度值進行對比如下：表表1 1 實驗結(jié)果對比實驗結(jié)果對比 根據(jù)實驗對比驗證，說明應用壓裂施工曲線法所得地層抗張強度是合理可行的。 密度測井曲線可以比較真實地反映地下巖石的體密度隨其埋藏深度的變化規(guī)律,是求取上覆巖層壓力最為理想的資料。但有時難以獲得完整的全井密度測井曲線。所以無法應用實測地層密度測井曲線計算上覆巖層壓力。 本研究通過壓裂施工曲線，運用實測破裂壓力，通過反演、擬和得出地層密度曲線，用來計算上覆巖層壓力。 tP

5、PfSPSPP將兩組實測破裂壓力數(shù)據(jù)代入上式可得：222222111111tPPftPPfSPSPPSPSPP將上兩式作比得：2211222111PPtPftPfPSPSSPPSPP因為地層密度是深度的函數(shù)，并且普遍認為符合如下關系式： bHaln對深度H積分得上覆巖層壓力： HHHbHaHHadHbHadHS00lnln )ln(0098. 0HbHaHHaS式中：S上覆巖層壓力，MPa。 設兩組破裂層位的中部深度分別為H1、H2，則上覆巖層壓力分別為： )ln(0098. 011111HbHaHHaS)ln(0098. 022222HbHaHHaS2222211111222111)ln(0

6、098. 0)ln(0098. 0PPtPftPfPHbHaHHaPHbHaHHaSPPSPP整理得：)()()(0098. 0)(0098. 0)ln()(0098. 0)ln()(0098. 02221111222211112111222222111tPfPtPfPtPftPftPftPfSPPPSPPPSPPHSPPHbHHHSPPHHHSPPa令：)ln()(0098. 0)ln()(0098. 0111222222111HHHSPPHHHSPPAtPftPf)(0098. 0)(0098. 022211112tPftPfSPPHSPPHB)()(22211112tPfPtPfPSPP

7、PSPPPC則方程轉(zhuǎn)化為：CbBaAACbABa 應用最小二乘法擬和得出a、b。根據(jù)公式可計算不同深度地層密度，并最終確定上覆巖層壓力。 應用此方法計算的不同井深的地層密度，與葡33全井實測地層密度對比，平均相對誤差為0.82%，葡333井密度測井資料對比，平均相對誤差為-0.25%。本方法預測的密度值精度較高，誤差較小，能夠滿足工程計算的需要。3、地層系數(shù) 地層系數(shù)的構(gòu)成能夠反映一個區(qū)塊油層的性質(zhì)及構(gòu)造情況。由于大慶油田公司采油七廠地質(zhì)情況復雜，將油層劃分為正常開發(fā)區(qū)、套損區(qū)、裂縫區(qū)、斷層區(qū)四種區(qū)塊。地層地應力平衡較好，平衡系統(tǒng)不易改變，所以地層能夠承受較大的外力而不破損；處于斷層附近，斷層

8、對地應力平衡系統(tǒng)的影響較大，并成為破壞平衡的不穩(wěn)定因素；由于泥巖層進水，膨脹、滑動，都會改變該地區(qū)的地應力平衡，而套損頻繁發(fā)生的地區(qū)，地應力系統(tǒng)也就隨之不斷變化，促使地層穩(wěn)定性變差，容易破裂；過高的地層孔隙壓力極易使地層中的裂縫擴展、延伸，且比完整地層的破裂更加容易。正常區(qū)斷層區(qū)套損區(qū)裂縫區(qū)所以這四種不同區(qū)塊的特點對油層破裂壓力的影響所以這四種不同區(qū)塊的特點對油層破裂壓力的影響主要反映在油層的地層系數(shù)上。主要反映在油層的地層系數(shù)上。 確定一個地區(qū)的地層系數(shù)，可以通過壓裂施工曲線，運用實測破裂壓力，應用式 ： tPPfSPSPP各類型地層系數(shù)對比各類型地層系數(shù)對比 在油田開發(fā)過程中，隨著實測破裂

9、壓力數(shù)據(jù)在油田開發(fā)過程中，隨著實測破裂壓力數(shù)據(jù)的不斷豐富，就可以不斷對該區(qū)域的構(gòu)造應的不斷豐富，就可以不斷對該區(qū)域的構(gòu)造應力系數(shù)進行修正，逐漸逼近其真實值力系數(shù)進行修正，逐漸逼近其真實值。 通過反算得出通過反算得出4、地層孔隙壓力地層孔隙壓力為油井測壓的靜壓值,但不是每口油井都有準確的測壓值。所以對于沒有測壓資料的油井則選用該油井地層壓力。油井地層壓力是通過surfer軟件,采用克里金法對該井所在區(qū)塊的油井靜壓值進行插值得到的。對于油井地層孔隙壓力指的是水井靜壓，可通過實測水井靜壓獲得。對于水井壓裂資料篩選地層存在天然裂縫或重復壓裂的壓裂施工曲線，不地層存在天然裂縫或重復壓裂的壓裂施工曲線，不

10、能準確反映油層真正的破裂壓力，在選取數(shù)據(jù)時將其去掉。能準確反映油層真正的破裂壓力，在選取數(shù)據(jù)時將其去掉。 壓裂施工曲線中記錄的破裂壓力，實際上是地面泵壓裂施工曲線中記錄的破裂壓力，實際上是地面泵壓，如要獲得油層真實破裂壓力，就需要通過地面記錄的壓，如要獲得油層真實破裂壓力，就需要通過地面記錄的泵壓求出油層實際破裂壓力。泵壓求出油層實際破裂壓力。1四、實例計算油層實際破裂壓力與地面泵壓有如下關系：UmjBfPPPPP式中：Pf油層實際破裂壓力,MPa； PB油層破裂時地面泵壓,MPa； Pj壓裂管柱靜液柱壓力,MPa； Pm壓裂液通過油管的沿程摩阻,MPa； PU壓裂液在射孔孔眼處的摩阻, MPa。破裂壓力預測以葡北二斷塊套損區(qū)為例，進行計算，所得上覆巖層壓力公式 ： )0813. 11727. 0ln1727. 0(098. 0HHHHS葡北二斷塊抗張強度葡北二斷塊抗張強度 本研究與原公式預測結(jié)果對比本研究與原公式預測結(jié)果對比 本方法所預測的破裂壓力平均相對誤差為0.36MPa，具有很高的預測精度。 五、結(jié) 論 1、本研究以黃氏破裂壓力預測模型為基礎，即繼承了黃氏模型綜合、全面地考慮影響破裂壓力的諸多因素的優(yōu)點, 同時與實際相結(jié)合，在模型參數(shù)的確定上進行了改進。針對大慶油田第七采油廠的地質(zhì)特點對不同類型的油層進行了預