井壁稳定性分析及应用.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑井壁稳定性分析及应用 第7卷第1期2022年3月 石油工程技术 PETROLEUM%ENGINEERING%%TECHNOLOGY Vol.7,No.1Mar. 2022 崔杰赵金海孙正义欣喜坤 （告成石油管理局钻井工艺研究院，山东东营，257017 ） 根据国家十一五科技攻关提出的要求，我们围绕解决川东北碳酸盐岩地层压力计算这个难题，形成了 一套井壁稳定分析思路和方法：以全层位模拟地质环境的岩石力学测验为根基，利用测验室测量数据来校准岩石强度和地应力，得到岩石强度的合理校正参数；建立了基于纵横波速比和垂直有效应力的孔隙压力计算方法；依据岩石破碎比能的概念和岩石可钻性级值的定义，结合室内测验条件数据，考虑钻头有效喷嘴水功率和压差对机械钻速的影响，建立了包含压差因子的钻速方程；结合井壁稳定分析的技术与工具，通过求取地层孔隙压力、地应力等钻井地质参数，形成了综合举行井筒稳定性分析的配套应用技术 井壁稳定分析 碳酸盐岩 地质力学 三维压力体 压差因子 近年来，勘探目标向深部地层转移，勘探难度越来越大，井壁坍塌、破碎以及井喷造成的井筒不稳定问题对钻井的速度、井眼质量及油田开发综合效益的影响不断加大。

国家十一五科技攻关工程超深井钻井技术中提出了解决超深井钻井地质参数定量探测的问题，重点是围绕南方海相碳酸盐岩地层，建立地层三压力剖面（孔隙压力、坍塌压力、破碎压力），通过对地层三压力剖面的研究，分析井壁易垮、易漏及孔隙压力高等奇怪井段，模拟地下岩石、地层流体的受力状态，从而理解和分析地下处境，在油井、气井的3个重要阶段（即钻井规划阶段、钻井过程实时监测阶段和钻后分析阶段）确定地层压力[1] 压力测试、试油的数据资料和待钻井地震层速度的数据充分结合起来完成压力剖面的计算，而且还要综合利用可能得到的数据资料完成地层压力的钻前预料其整体思路是把地层压力和地质力学有机结合起来，建立由区块规模到单井的逐级细化处理方法，实现单井井壁稳定分析 孔隙压力是钻井过程中的重要参数，也是评价井壁稳定的重要因素之一，因此孔隙压力的计算是井壁稳定分析的根基使用高辨识率地震速度体资料[2]和已钻邻井资料，辅以地质解释成果[3]（储集层展布、层位解释、断层解释等），利用合理的地质统计、数值算法，建立三维压力体[4]（图1） 叠加得到的层速度 从地质力学角度分析，利用三压力剖面可确定安好钻井的最小和最大钻井液密度。

假设实际钻井液密度小于孔隙压力梯度，那么不能平衡地层压力，导致井涌甚至井喷若实际钻井液密度小于最小钻井液密度，那么井壁易垮塌、崩落；若实际钻井液密度大于最大钻井液密度，那么井壁易发生压裂性破坏，造成钻井液严重漏失因此，最大、最小钻井液密度可形成安好窗口，实际钻井液密度只有介于两者之间才能保证安好钻进，保持井壁稳定 计算地层压力需要借助地质、地震、钻井和测井等数据资料，不仅要将已钻邻井的钻井、测井、 收稿日期：2022-10-25 改回日期：2022-12-29 反射断层扫描 得到的层速度 地震速度 2.2 邻井数据0.3 三维孔隙压力预料体 图1 三维压力体建模 简介：崔杰（1973—），男，1994年毕业于石油大学（华东）地质专业，高级工程师，现从事地质工程模型研究和图形软件开发联系：（0546）8773681，E-mail：slnett@，通讯地址：山东省东营市北一路827号钻井工艺研究院钻井信息中心 第7卷第1期崔杰等：井壁稳定性分析及应用17 建立压力体有利于从全局了解压力分布处境，大致确定奇怪高压区域压力预料体横向切分剖面（图2）可呈现目的层横向的压力变化处境，纵向切分剖面（图3）可呈现纵向和横向的压力变化处境。

图2 压力预料体横向剖面 图3压力预料体纵向剖面 随着区块内探井数量的增加，地质处境逐步领略，建立的压力体越来越接近真实的处境，从而为新井供给了更趋真实的压力值预料体的建立为采用盆地模拟技术举行压力模拟供给了根基平台 孔隙压力是钻井工程中紧密关注的一项重要参数，尤其南方海相碳酸盐岩地层，压力成因繁杂，存在多套压力体系，且多为高压、高含硫气藏因高压引起的井喷事故会带来严重的经济损失和安好环保问题由于孔隙压力成因不同，压力定性描述和定量计算方法多达几十种[5]目前，常见的计算方法有等效深度法、Eaton法[6]、Bowers法[7]、Ward法[8]、Fillippone法、有效应力法、密度测井法、dc指数法、西格马指数法、岩石强度法等，最新方法更倾向于利用综合信息和人工智能算法[9] 3.1.1地层孔隙压力预料计算方法 碳酸盐岩中的孔隙度与沉积和成岩作用有紧密 联系，但与压实关系不明显，故常规的压力计算方法不适用于碳酸盐岩地层通过对川东北地区毛坝 1等6口井的海相地层举行研究，认为纵波速度不 能直接反映孔隙压力的变化处境，横波速度更易受孔隙压力的影响。

在碳酸盐岩中，纵横波速度比（vp/vs）对孔隙压力的变化分外敏感 [10] ，主要表现 在与有效应力之间的关系上其计算公式为 Pe=aebvp /v s （1） 式中：Pe为有效应力，MPa；a、b为模型系数，可根据实测孔隙压力数据举行回归计算；vp为纵波速度，m/s；vs为横波速度，m/s 应用Terzagi的有效应力定理和公式（1）即可计算出孔隙压力 3.1.2 压差因子法 压差因子法是一种不用建立泥岩压实趋势线的 随钻地层孔隙压力计算新方法，现场操作简朴，适用范围广该方法是依据岩石破碎比能的概念和岩石可钻性级值的定义，结合室内测验数据，考虑钻头有效喷嘴水功率和压差对机械钻速的影响而建立的地层压力的增加使井筒内钻井液液柱压力与地层压力之间的压差减小，削减了钻井液液柱的压持效应对机械钻速的影响，表现为机械钻速加快因此，只要研究机械钻速的变化并提取能够反映井底压差变化的因子，就可以较为切实地确定地层孔隙压力的变化处境方程的根本形式为 R=5.608 （W-m）ra1 Pa 2 D2kd exp（a3驻P） （2） 式中：R为机械钻速，m/h；W为钻压，kN；r为转盘转速，r/min；P为钻头有效喷嘴水功率，kW； D为钻头直径，mm；kd为可钻性级值（待定系 数）；△P为压差，MPa；a1、a2、a3、m为待定系 数。

利用综合录井仪和钻头参数记录的钻井工程参数，使用进化遗传法计算出钻速方程中的井底压差因子由于井底压差因子可识别地层压力随井深变化的趋势，故提出利用压差因子计算奇怪地层压力的方法，先后对宣汉—达县和通南巴区块的黑池井、毛坝井等7口井开展嘉陵江组、飞仙关组和长兴组的现场随钻压力跟踪，效果较好，为现场施工供给了参考依据 （1）根据邻井资料，建立汇总图（图4），使各层段工况及繁杂处境一目了然，便于分析、比较井涌、井喷、卡钻等繁杂处境 （2）利用可获得的邻井资料，确定该地区适合的压力计算模型，建立三压力剖面，估算出最小、最大安好钻井液密度岩石强度参数剖面（抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、弹性模量和 泊 18石油工程技术2022年3月 松比等）和最大、最小水平主应力是计算坍塌和破碎压力剖面[12]的必要参数常规测井资料中包含了岩石强度信息，建议采用岩心室内测验方法获取的各项岩石强度数值来校正计算的结果若采用模拟 050010001500 2000覫339.7mm @1492m2500 井深（m） 套损段：1197~1207m，1255~1258m，1433.5~1445.2m，1455.6~1478.5m 地层环境（高温、高压）下的室内测验值，其结果更接近实际处境。

在南方海相地区举行的模拟地层环境下的岩石力学室内测验为切实分析井壁稳定奠定了根基单井井壁稳定分析根本流程见图5 2.001.951.901.851.801.751.701.651.601.551.501.451.401.351.301.251.201.151.101.051.00 30003500400045005000550060006500 2022-04-14 电缆测井 电缆测井 5746m 卡钻和落鱼 5797m起欠 平衡钻井 覫244.5mm@3982m 电缆测井 侧钻5165m 电缆测井 电缆测井 5448m 卡钻和落鱼 5453m2022-08-21 卡钻和落鱼 井涌@5621m覫177.8mm@5795m 试油 2022-03-24 2022-07-02 2022-10-10 2022-01-08 2022-05-13 2022-11-29 图4井下工况及繁杂处境汇总 室内测验，地球物理参数计算计算岩石强度 上覆地层密度积分计算上覆压力 地震、测井、钻井参数计算，压力测试计算孔隙压力 孔、弹应力模型，漏失测试最大、最小水平主应力 坍塌、破碎压力模型[11] 估算最大、最小安好钻井液密度 井壁稳定分析 图5单井井壁稳定分析根本流程 （3）计算钻前压力时，由于目标井可用的资料不多，需先举行综合的地质分析。

选取地质环境与目标井接近的邻井建立计算模型，以提高其适用性建模后，利用地震等资料对目标井举行模拟预料计算 总之，三压力剖面的建立可以确定钻井液密度窗口，更改套管程序利用地层坍塌压力剖面调整钻井轨迹，预料分析垮塌卡钻和垮塌程度，确定钻井液密度的上限，制止钻井诱导缝及井漏的发生 黑池1井钻进中屡屡发生井漏，在千佛崖地层发生垮塌，在下部海相地层有卡钻等繁杂处境发生通过对井下繁杂处境的汇总（图6），了解井眼 黑池1井为川东北通南巴构造带黑池梁断背斜南端的一口预探井，分析后，认为地质处境相近的邻井为川涪井和河坝井 2022-03-09 2022-02-02 用图像、井径测井得到的井眼崩落、钻井诱导缝及其形态等资料刻度，调整三轴应力关系及大小，使计算的钻井液窗口与井眼破碎根本吻合 2022-04-28 钻井液密度（g/cm3） 第7卷第1期崔杰等：井壁稳定性分析及应用19 状况，并结合实际处境，分析计算地层三压力剖面从图中可以看出，上部地层漏失严重，下部地层屡屡卡钻 利用川涪井和河坝井的数据举行了孔隙压力计算由于资料来源不同，测井数据使用伊顿法，钻井参数使用压差因子法举行计算，其结果见图7。

与实测压力值相比，利用测井资料计算的结果偏低，而使用压差因子法计算的结果值精度较高，结果比较见表1最终选用压差因子法举行随钻预料，确定了适于该地区的地层压力预料模型 ◆开钻时间；■卡钻；▲开窗侧钻；●井漏 151015 ） m2022（深井301540155015 1 9 9 7 5 5 3 1 。