基于钻井和测井数据的水平地应力分析新方法

在 井 眼发生 坍 塌 的井 段 ， 有效 周 向应 力 应 满 足 以下条 件
应法及差应变法等 Ｈ 。这些 方法能够 通过岩 心或现 场试验直接测量 有 限层位 地层 的地应 力大 小 ， 但无 法 获得地应 力随深度变化 的连续剖面 。因此 通常利用 测 井 数据对 地应力纵 向分布情 况进 行计 算 ， 得到 反 映地
应力大小 的纵向剖面。
水平 方 向的主 应 力产 生 的原 因包 括 重力 作 用 、
关键词
地 应力
地漏试验
测井数据 Ａ
构造应力 系数
中图法分类号
Ｐ ５ ５ ３ ；
文献 标志码
地应力是石油 工程 中的一项 重要 参数 ， 广 泛应 用
向的主应 力来 描述 地 应力 状 态 ， 即垂 直 方 向的垂 向
于油藏、 钻井 、 开发等各个领域 ， 地应力的大小与油气
富集 区分布 、 井壁 稳定 性 、 储层 裂缝 分 布 、 水力 压裂 起 裂压力与裂缝延 伸压 力 、 套 管外载 与变 形等 问题 密切 相关 ， 也是 油气 田开发 方案 的制定 和油 气井 工程设 计 中必不可少 的基 础 数据 Ｊ ， 准确测 量 和计算地 应力 对
油气勘探开发 具有 重要 意义 。在 石油 工程 中 ， 地应 力 大小的测量方 法主 要有水 压致 裂法 、 声 发射 Ｋ ａ ｉ ｓ ｅ ｒ 效
主应 力 ， 水平方 向的水 平 最 大 主应 力 和 水 平 最小 主 应力 。工 程 上 可 以认 为 垂 向 主应 力 近 似 等 于 上 覆 岩层 压力 ， 采用密度 积分方法计算其数值 ， 对 于 海 洋钻 井 ， 计 算公 式 为
⑥
２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
基 于 钻 井 和 测 井 数 据 的水 平 地 应 力分 析 新 方 法
谭 强 徐 思瑶 蔚 宝华 袁俊 亮 闰传 梁
（ 中国石油大学 （ 北京 ） 石油工程学院 ， 北京 １ ０ ２ ２ ４ ９）
ｏｒ Ｈ
（
） （ 一 ） ＋
石 油工 程 岩 石 力 学 与 井 壁 稳 定 研 究。 Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｔ ａ ｎ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ —ｃ ｕ ｐ＠
１ ２ ６ ． ｔ ３ ｏ ｍ。
（ ＋ ｚ ） （ ｖ 一 ） ＋ ａ ｐ ，
式（ ２ ）中 ， 、 分别 为最 大、 最 小水平 主应 力 ， ＭＰ ａ ； 、 ： 为构造 应 力 系数 ； 为地层泊松 比； Ｐ 。
构造应力作用 、 热应力作用 和地表剥蚀等 Ｊ ， 工程
上考 虑最 多 的 因素 是 前 两 种 。在 构 造 平 缓 地 区较
为常 用 的计 算 水 平 主应 力 大 小 的模 型 为 “ 六 五” 模 型， 该 模型将 水 平地 应 力 分解 为 上 覆 岩 层压 力 引 起 的水 平 应 力 分 量 和 构 造 应 力 引 起 的 水 平 应 力 分量 ：
第 １ ３卷
第３ ０期
２ ０ １ ３年 １ ０月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ 】 Ｊ １ ３ Ｎｏ ． ３ ０ Ｏｅ ｔ ．２０１ ３
１ ６ ７ｌ 一 １ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ ０ — ８ ９ ９ １ — ０ ４
Ｓ ｃ ｉ ｅｎ ｃ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
８ ９ ９ பைடு நூலகம்
科
学
技
术
与
＿ ＿ ｆ ＝ 程
ｌ ３卷
为地层 孔 隙压 力 ， ＭＰ ａ ； 为有效 应力 系数 。
式（ ５ ） 中， Ｐ 为钻 井 液静 液 柱压 力 ， Ｍ Ｐ ａ ； Ｐ 。为地 层 孔 隙压力 ， ＭＰ ａ ； 为 有效 应力 系数 。 即在 井 眼保持 稳 定 的井 段 ， 在井壁 ｝ ： 任 何位 置 处根 据水 平 主 应 力 、 计 算 得 出 的有 效 周 向应 力 必须 满足 以下 条件
ｒ ， １ ． ＜ 日＜ ｌ （ ６ ）
２ 求取构 造应力系数的约束条件
根据 式 （ ２ ） 的模 ， 进 行 水 平 主应 力 大 小 的计 算 首先要 确 定 孔 隙 压 力 、 ｆ 覆 岩层压力 、 地 层 弹 性 模
、
泊松 比、 构 造 应 系数 等 参 数 ， 其 中孔 隙 ｌ ： 覆 岩层 与 地层 参 数 等 都 可 以利 用 测 井数
ｒ
ｈ ２
＝Ｐ ｇ ｈ １ ＋Ｊ Ｐ （ ｈ ） ｇ ｄ ｈ
ｈ ｉ
（ １ ）
式（ １ ） 中， 为 垂 向主应力 ， ＭＰ ａ ； ｈ 、 ｈ 分 别 为海水
深度 和 终 止 深 度 ， ｍ； Ｐ 为 海 水 密 度 ， ｇ ／ ｃ ｍ ； Ｐ （ ） 为 随深度 变化 的地层 密度 ， ｇ ／ ｃ ｍ 。
摘
要
分析地应力 的大小和 方 向是油气勘探开发 中的一项 重要工作 ， 油田地应力 测量可 以通过 现场试验或 室 内实验手段
测量地 应力大小 ， 但 不能获得地应力 的纵 向连 续剖 面。利用钻井数据和测井数据 结合 地应力解 释模 型 能够解决这 一问题 ， 其 中的关键 技术是确定构造应力 系数的大小 ， 为 此建 立 了一种根据钻井 中的地漏试验 数据和钻 井液密度 、 井壁坍塌数 据分析构 造应力 系数的新方法。依据该方 法建 立井周 应力约束条件 ， 能够快速 准确得 出构造 应力系数 ， 进而利用测 井数据计 算水平主 应 力大小随井深变化的连续剖面 。
１ 地应力大小计算模 型
在石 油工 程 中 ， 一般 采 用 大地 坐 标 系下 三 个 方
２ ０ １ ３年 ６月 １ ４日收到 国家科技 重大专 项 （ ２ ０ １ １ Ｚ Ｘ ０ ５ ０ ０ ９ ￣０ ５ ） 资助 第一作者简介 ： 谭 强（ １ ９ ８ Ｏ 一） ， 男， 博士 ， 助理研究员 。研 究方 向 ：