注水井破裂壓力預(yù)測方法研究

1、注水井破裂壓力預(yù)測方法研究注水井破裂壓力預(yù)測方法研究大慶油田有限責(zé)任公司大慶油田有限責(zé)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(jìn)行，套管損壞已經(jīng)是油田開發(fā)所面臨的最嚴(yán)峻的問題之一。地層破裂是導(dǎo)致套損的主要原因。 目前油田所應(yīng)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(shí)會(huì)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(yù)測直接關(guān)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(yù)測模型二、預(yù)測模型黃氏破裂壓力預(yù)測模型：黃氏破裂壓力預(yù)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(qiáng)度， MPa； 地層泊松比，無因次； K構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，無因次。tPPfSPSKPP12 由于黃氏破裂壓力預(yù)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(yīng)力集中的影響、地下非均勻分布的構(gòu)造應(yīng)力的作用，以及巖層強(qiáng)度等因素，因而能適用于不同條件的地區(qū)，所預(yù)測的破裂壓力將較更為準(zhǔn)確可靠。本文以黃氏破裂壓力預(yù)測模型為基礎(chǔ)，并與實(shí)際相結(jié)合，在模型參數(shù)的確定上進(jìn)行了改進(jìn)。該模型中，是與地層巖性有關(guān)的參數(shù)，K與地層構(gòu)造情況有關(guān)。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(qiáng)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(qiáng)度， MPa；Pf地層破裂壓力，MPa;Ps維持地層開啟壓力，MPa 為了驗(yàn)證本方法的正確

4、性本研究選取兩口井四個(gè)層位的巖芯進(jìn)行巴西劈裂抗拉實(shí)驗(yàn),通過此實(shí)驗(yàn)確定該層位巖石抗張強(qiáng)度,并與通過壓裂施工曲線讀取的抗張強(qiáng)度值進(jìn)行對比驗(yàn)證.所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與壓裂施工曲線讀取的抗張強(qiáng)度值進(jìn)行對比如下：表表1 1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比 根據(jù)實(shí)驗(yàn)對比驗(yàn)證，說明應(yīng)用壓裂施工曲線法所得地層抗張強(qiáng)度是合理可行的。 密度測井曲線可以比較真實(shí)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(shí)難以獲得完整的全井密度測井曲線。所以無法應(yīng)用實(shí)測地層密度測井曲線計(jì)算上覆巖層壓力。 本研究通過壓裂施工曲線，運(yùn)用實(shí)測破裂壓力，通過反演、擬和得出地層密度曲線，用來計(jì)算上覆巖層壓力。 tP

5、PfSPSPP將兩組實(shí)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?yàn)榈貙用芏仁巧疃鹊暮瘮?shù)，并且普遍認(rèn)為符合如下關(guān)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(shè)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(yīng)用最小二乘法擬和得出a、b。根據(jù)公式可計(jì)算不同深度地層密度，并最終確定上覆巖層壓力。 應(yīng)用此方法計(jì)算的不同井深的地層密度，與葡33全井實(shí)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(yù)測的密度值精度較高，誤差較小，能夠滿足工程計(jì)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(gè)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(fù)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(yīng)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(yīng)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(jìn)水，膨脹、滑動(dòng)，都會(huì)改變該地區(qū)的地應(yīng)力平衡，而套損頻繁發(fā)生的地區(qū)，地應(yīng)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(kuò)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(diǎn)對油層破裂壓力的影響所以這四種不同區(qū)塊的特點(diǎn)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(gè)地區(qū)的地層系數(shù)，可以通過壓裂施工曲線，運(yùn)用實(shí)測破裂壓力，應(yīng)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(shí)測破裂

9、壓力數(shù)據(jù)在油田開發(fā)過程中，隨著實(shí)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(yīng)的不斷豐富，就可以不斷對該區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)進(jìn)行修正，逐漸逼近其真實(shí)值力系數(shù)進(jìn)行修正，逐漸逼近其真實(shí)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(zhǔn)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(jìn)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(shí)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(fù)壓裂的壓裂施工曲線，不地層存在天然裂縫或重復(fù)壓裂的壓裂施工曲線，不

10、能準(zhǔn)確反映油層真正的破裂壓力，在選取數(shù)據(jù)時(shí)將其去掉。能準(zhǔn)確反映油層真正的破裂壓力，在選取數(shù)據(jù)時(shí)將其去掉。 壓裂施工曲線中記錄的破裂壓力，實(shí)際上是地面泵壓裂施工曲線中記錄的破裂壓力，實(shí)際上是地面泵壓，如要獲得油層真實(shí)破裂壓力，就需要通過地面記錄的壓，如要獲得油層真實(shí)破裂壓力，就需要通過地面記錄的泵壓求出油層實(shí)際破裂壓力。泵壓求出油層實(shí)際破裂壓力。1四、實(shí)例計(jì)算油層實(shí)際破裂壓力與地面泵壓有如下關(guān)系：UmjBfPPPPP式中：Pf油層實(shí)際破裂壓力,MPa； PB油層破裂時(shí)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(yù)測以葡北二斷塊套損區(qū)為例，進(jìn)行計(jì)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(qiáng)度葡北二斷塊抗張強(qiáng)度 本研究與原公式預(yù)測結(jié)果對比本研究與原公式預(yù)測結(jié)果對比 本方法所預(yù)測的破裂壓力平均相對誤差為0.36MPa，具有很高的預(yù)測精度。 五、結(jié) 論 1、本研究以黃氏破裂壓力預(yù)測模型為基礎(chǔ)，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(diǎn), 同時(shí)與實(shí)際相結(jié)合，在模型參數(shù)的確定上進(jìn)行了改進(jìn)。針對大慶油田第七采油廠的地質(zhì)特點(diǎn)對不同類型的油層進(jìn)行了預(yù)