地层破裂压力预测研究

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1、2021/10/51地层破裂压力预测研究二零零六年八月汇报人：黄文新长江大学地球物理与石油资源学院2021/10/52一、主要研究内容二、主要工作三、地层破裂压力预测基本原理四、Forward平台下的软件设计模块五、应用实例汇报内容2021/10/53主要研究内容（1）地应力解释模型和计算方法研究各向同性模型各向异性模型地层应力破裂压力井壁坍塌压力井眼稳定性2021/10/54（2）压裂造缝的横向预测技术研究；造缝高度造缝宽度造缝径向长度（3）Forward平台下软件开发解释流程界面化地应力计算模块压裂造缝模块

2、2021/10/55二、完成的主要工作完成的主要工作地应力计算模型各向同性和各向异性地应力计算模型地层破裂压力计算井壁坍塌压力的计算安全钻井泥浆密度确定水力压裂二维裂缝扩展模型Forward平台下的软件设计模块各向同性模型地应力计算模块各向异性模型地应力计算模块井眼坍塌和稳定性预测模块水力压裂计算模块处理了五口井的资料2021/10/562021/10/57三、地层破裂压力预测基本原理1地应力计算模型2井壁上的应力分布3地层破裂压力计算4井壁坍塌压力的计算5安全钻井泥浆密度确定6水力压裂二维裂缝扩展模型2021

3、/10/581）各向同性地应力计算模型（一）、地应力计算模型利用电缆地层测试或压力恢复测试资料，在不考虑构造应力影响情况下，各向同性模型计算水平应力公式为：PR—泊松比Pob—上覆岩层压力Pp—孔隙流体压力α—Biot常量针对：声波全波测井偶极横波测井无横波资料2021/10/59二、地层破裂压力预测基本原理地应力计算主要有以下几个方面的优势：（1）可充分利用测井资料提供的大量信息，方便、迅速地得到沿深度连续分布的地应力剖面，对没有进行地应力实测的地层可计算得到较为准确的地应力数据。（2）节省昂贵的地应力测试费

4、用，具有很大的经济意义。（3）对计算得到的连续地应力剖面可以进行数学分层处理。（4）利用地应力计算可对油田开发过程中地应力场的变化规律分析。1地应力计算模型2021/10/5102）各向异性地应力计算模型应力与泊松比的关系:2021/10/511考虑到孔隙流体压力的影响，x和y方向的地应力表达式为：E—杨氏模量针对：正交偶极横波测井2021/10/5123)基于应力与应变关系的地应力计算模式Sx、Sy——耦合系数针对：正交偶极横波测井2021/10/5132井壁上的应力分布井壁周围应力分布示意图2021/10/

5、514将板两端承受x方向的压力，与井轴距离r并与按反时针方向成角处的径向应力、周向应力、剪切应力分别表示为：2021/10/515如果考虑井中泥浆柱及孔隙压力的影响,井壁径向和周向应力分布关系表达式如下：PM—泥浆柱压力Mpa2021/10/5163地层破裂压力计算从力学上说，地层破裂压力是由于井内泥浆密度过大使岩石所受的周向应力超过岩石的拉伸强度所造成，即为拉伸强度）。当钻井泥浆柱压力地层可能被钻裂。地层破裂压力：2021/10/5174井壁坍塌压力的计算库仑-摩尔准则2021/10/518（五）井壁坍塌压力

6、的计算岩石剪切破坏与否主要受岩石所受到的最大最小应力控制，的差值越大，井壁越易坍塌，从井壁受力状态中可以发现岩石的最大最小主应力分别为其周向应力和径向应力，这说明导致井眼失稳的关键原因是井壁岩石所受的周向应力和径向应力差值，即大小:井壁坍塌压力:C—岩石固有剪切强度Mpa2021/10/5195安全钻井泥浆密度确定最小最大安全钻井液密度计算表达式为：从力学的角度来说，造成井壁失稳的原因主要是由于地应力和井内泥浆柱压力联合作用于井壁上的应力超过岩石的强度而引起的剪切破坏或拉伸破坏，井内浆柱压力过低时，脆性地层会产

7、生坍塌掉块而使井径扩大，塑性地层则向井眼内产生塑性变形而造成缩径，井内泥桨柱压力过高时，脆性地层易产生裂缝，疏松地层易渗漏安全钻井泥浆密度计算分别为最小、最大安全钻井泥浆密度个g/cm32021/10/5206水力压裂二维裂缝扩展模型在两维压裂模型中，裂缝延伸过程中裂缝高度假设不变，可变量为宽度和长度（或裂缝半径）1、PKN模型PKN裂缝扩展示意图假设：裂缝有一个固定高度，与缝长无关与裂缝扩展方向垂直的横截面中的液体压力P为常数每一个垂直截面独立变形，不受邻近截面的妨碍在垂直于裂缝长轴的平面内，裂缝面一般保持为

8、椭圆形2021/10/5212、Gdk模型GdK裂缝扩展示意图假设：缝高依然是固定的.裂缝宽度与缝高无关裂缝形状在平面上为椭圆形，在垂直面上为矩形2021/10/522PKN模型计算公式GdK模型计算公式缝长缝宽缝长缝宽C1C2C4C5——模型系数，t—时间（分）2021/10/523四、Forward平台下的软件设计模块1各向同性模型地应力计算模块2各向异性模型地应力计算模块井眼坍塌