基于钻井和测井数据的水平地应力分析新方法

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第5章-地应力及岩石强度

第5章-地应力及岩石强度
地应力和岩石强度
地应力是指存在于地壳岩体中的内应力。它是由 地壳内部垂直运动和水平运动的力及其它因素的 力引起的介质内部单位面积上的作用力。 垂向应力 最大水平主应力 最小水平主应力
v
H1
H2
由于岩石的变形和破坏取决于其所受到的有 效应力的大小,因此,常常也把地层孔隙压力作 为地应力的一个重要组成部分。
(2)利用等效深度法预测地层孔隙压力 等效深度法假定在不同深度但具有相同岩石物理性质的 泥页岩的骨架所受到的有效应力相等,即:
( p Pp )1 ( p Pp )2
应用等效深度法首先必须建立 正常压实趋势线,进而在正常压力 趋势线上确定出与异常压力地层具 有相同岩石物理性质的深度点,即 等效深度点。
ES F/A L / L
岩石的切变弹性模量是岩石切变弹性强弱的标志。设剪切力 (F)平行作用于岩石表面后产生的切变角为Ψ,则静态切变弹 性模量(Gs)就等于剪切应力(Ft/A)与剪应变或切变角(当切变 角很小时)之比,即:
GS Ft / A


Ft / A l / d
五、利用测井资料预测岩石强度
原地最大水平主应力方向,因此,通过对这两 种类型裂缝的研究可以确定地应力的方向。
一、成像测井资料研究地应力大小及方向
2、利用钻井诱导缝确定地应力方向
与天然裂缝相比,与应力相关的钻井诱导缝在成像图上具 有如下显著特点: ( 1 )呈 180 。 对称出现,天然裂缝根据产状不同,在成像图上 的表现特征不同,但出现方位不对称是天然裂缝最显著的特点。 垂直的天然裂缝通常单个出现,而斜切井眼的天然裂缝在图像 上一般为完整的正弦线,随裂缝倾角降低,正弦线逐渐变得平 缓; (2)开度较稳定,缝面较平直;天然裂缝的开度不稳定,缝宽 变化较大; (3)重泥浆压裂缝能够直接切穿不同岩石,在砾石层中可以直 接切穿砾石;天然开启缝一般则绕砾石而过。 (4)诱导缝的延伸都不大,深侧向电阻率值下降不很明显。

压裂水平井地应力场数值模拟研究

压裂水平井地应力场数值模拟研究

压裂水平井地应力场数值模拟研究近年来,压裂水平井越来越成为石油天然气勘探和开发中的关键技术。

压裂水平井使得石油和天然气勘探更加高效、节约成本。

同时,在压力裂开采中,地应力场是影响裂缝扩展和产量的重要因素,因此对其进行数值模拟研究有助于更好地理解其影响、提高开采效率。

1. 压裂水平井的基本原理在传统的油气开采中,常采用垂直钻井技术,即通过竖井向油层中钻探、注水、抽油的方式来完成开采。

而压裂水平井是一种在水平井眼中注入压裂液后,通过压力差让油气流出的技术。

具体来说,压裂水平井首先在目标油气层中打一个(或多个)方向水平井眼,然后在水平井眼中装置管柱和固定器,在装置好的管柱中注入高压液体压力对油气层进行压裂。

最后,通过油管等设备将石油和天然气输送出来。

2. 压裂水平井地应力场的影响在进行压裂水平井开采时,地应力场是影响裂缝扩展和产量的重要因素。

通常情况下,油气层中的垂直应力是最大的,水平应力较小,这种差异会导致压裂过程中裂缝的扩展方向沿着最小的水平应力方向。

但是,如果地应力场不均匀或强度异常,则会导致裂缝偏离预期方向,或者裂缝形态不规则,进而影响油气开采效率。

因此,对压裂水平井地应力场进行数值模拟研究,对于准确预估石油天然气开采效率至关重要。

3. 压裂水平井地应力场模拟方法目前对于地应力场的模拟方法主要有两种:一种是基于解析解的方法,另一种是基于数值模拟的方法。

基于解析解的方法优势在于计算过程简便,结果易于理解。

但是,基于解析解的方法不适合复杂地质条件下的模拟。

而基于数值模拟的方法可以捕捉更加真实的地质情况,具有更加复杂的结构,但是要求计算机设备的高性能和专业软件的支持。

当前,针对压裂水平井地应力场的数值模拟方法主要有两种:一种是有限元法,另一种是边界元法。

有限元法是将地质结构划分成许多小块,然后通过对每个小块进行运算,来确定整个地质结构的地应力场。

而边界元法则是假定岩石是无限大的,然后通过对岩石表面(边界)的运动进行模拟,来确定地应力场。

009第九章 测井地应力分析概论

009第九章  测井地应力分析概论




100.00
80.00
60.00 2800.00
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4000.00
4400.00
深度(m)
4800.00
库车山前构造带泥岩地应力场的最大主应力与深度关系图
塔河2井声波时差.电阻率随深度关系
塔河2井建模
构造稳定区测井计算地应力与实测模型计算结果对比
克拉2井地应力结果
3735 78.99252
3752 79.09621
3769 80.46458
3786 81.23924
3803 82.00498
3821 81.00843
3838 81.42256
3855 81.64127
山前构造带地应力分布对油气 形成的影响
• 重点井区井筒地应力分析
• 地应力分布与储层物性和油气分布关系 • 基于地应力的盖层-储层组合分析 • 地应力分布与构造样式关系
3657.445 0.330617
KL2声波时差与弹性模量关系图
深度
弹性模量
3531 0.370665
3547 0.326022
3564 0.330058
3582 0.329569
3599 0.325627
3616 0.329223
3633 0.331087
3650 0.330913
3667 0.331303
主要难题:是泥岩压实过程的人工模拟与高温高压条件下的物性 参数的实测,目前国内还没有成功的实例,Okala homa大学正在 开展这方面的尝试。对泥岩原地应力大小的测试,可应用差应变 法和Kaiser效应声发射法,其关键是泥岩样品的采集与制作。

地应力测量方法

地应力测量方法

地应力测量方法1.水压至裂法水压致裂法地应力测试是通过在钻孔中封隔一小段钻孔,然后向封隔段注入高压流体,从而确定原位地应力的一种方法。

水压致裂法的2种方法试验设备相同,都有封隔器、印模器,使用高压泵泵入高压液体使围岩产生新裂隙或使原生裂隙重张。

常规水压致裂法(HF法)HF法是从射井方法移植而来,假定钻孔轴向为1个主应力方向,岩石均质、各向同性、连续、线弹性,采用抗拉破坏准则,在垂直于最小主应力方向出现对称裂缝,其仅能测得垂直于钻孔横截面上的二维应力。

在构造作用弱和地形平坦区,垂直孔所测结果可代表2个水平主应力,垂直应力约等于上覆岩体自重,裂缝方位为最大水平主应力方位。

HF法测试周期短,不需要岩石力学参数参与计算,适合工程初勘阶段,不需试验洞,可进行大深度测量,是目前惟一一种可直接进行深部地应力测定的方法。

通过对HF法的改进,德国大陆科学深钻计划(KTB)在主孔6 000 m和9 000 m处已成功获得了地应力资料。

HF法是一种平面应力测量方法,为获得三维应力,YMizutaI和M KuriyagawaE提出3孔交汇地应力测量,我国长江科学院和地壳所也进行了大量的测试。

但研究表明,当钻孔轴向偏离主应力方向,其结果就有疑问,要精确获得三维地应力较困难。

为此,文献[7]基于最小主应力破坏准则,对3孔交汇HF法测试理论进行了完善,其有助于提高测量结果的计算精度,但还有待足够的测量数据来验证。

原生裂隙水压致裂法(HTPF法)HTPF法是HF法的发展,其要求在含有原生节理和裂隙的钻孔段进行裂隙重张试验以确定原位应力。

HTPF法假定裂隙面是平的,且面上应力一致。

对于深孔三维地应力直接测量,HTPF 法可进行大尺度的地壳地应力测试,很有发展前途。

HTPF法同HF法相比,假设少,不需考虑岩石破坏准则和孔隙水压力,在单孔中便可获得三维地应力。

但用HTPF法测试费时,且裂隙产状和位置的确定误差都可降低计算精度。

2.套钻孔应力解除法套钻孔应力解除法根据解除方式和传感器的安装部位分为探孔应力解除法、孔底应变解除法和孔壁切割解除法。

利用测井资料确定山前构造带地应力方法研究

利用测井资料确定山前构造带地应力方法研究

第2 3卷 . 5期 第
利 用 测 井 资 料 确 定 山 前构 造 带 地 应 力 方 法 研究
式 中: 为 岩 石 静 态 泊 松 比 ; 为 弹性 模 量 ;t为 E O Bo 弹性 系数 ;。 上 覆 岩层 压 力 ; 孔 隙压 力 ; i t P为 P为 A、 B为构 造应力 系 数 ; K为地 层倾 角 系数 。 K为 引入 的地层倾 角 系数 ,由地层倾 角 和井斜 角共 同决定 【 3 J 。在计 算 时将井 视为 理想直 井情 况 , 井 斜 角忽 略不 计 , =0/( 0 K 9 +0) 0为地 层倾 角 , , 可
相符 。
关键词 : 地应力; 微压裂试验 ; 测井; 地层倾 角; 计算模型
快速得 到地 应力 连续 剖面 , 反映 地应力 变化 趋势 , 经
O 引 言
新疆准噶尔盆地南缘山前陆盆地位于北天 山与 博格达山山前地 区, 具有南北分带 、 东西分区的构造
特点 。 该地 区在 地质 发育过程 中 , 经历 了多期构 造运
( 西南石油大学 四川 成都 6 00 2西部钻探钻井公 司 新疆 克拉玛依 8 40) 1 15 0 30
摘 要 : 油气 井工程 中地应 力 大小 的确 定对钻 井速 度 有很 大影 响 , 果 没有 准确 的地 应力数 值 , 在 如
就很难得到合理的安全钻 井液密度 , 不能准确分析井壁力学稳定性 , 而降低钻 井速度 , 从 增加钻井 风险。新疆准噶 尔盆地南缘山前构造带地层因素复杂 , 安全钻井液密度窗口确定不准确 , 钻井速度 低, 需要 对地 应 力进行精 确 的预 测 。 本文 结合微 压 裂试验 法和 测 井资料研 究 出适 用于 南缘 地 区山前 构造带的水平地应力计算模型, 该模型充分考虑地层倾 角和构造运动对地应力的影响 , 能简单、 迅 速的得 出地应力连续剖面。应用该模型对实际地区地应力进行计算, 得到的结果可靠, 与实际情 况

基于声波测井信息的地应力分析与裂缝预测研究的开题报告

基于声波测井信息的地应力分析与裂缝预测研究的开题报告

基于声波测井信息的地应力分析与裂缝预测研究的开题报告一、选题背景与意义地应力是岩石和土壤中的应力状态,是岩土工程中的重要参数之一。

地下工程的稳定性和寿命往往受到地应力的制约,因此研究地应力及其分布规律对地下工程的设计、施工、运行和维护具有重要意义。

而裂缝是岩土体中的一种重要变形形式,研究裂缝的形成规律及其演化过程对于工程安全和环境保护具有重要意义。

声波测井是利用声波传播性质来获取地层岩石力学参数和地应力的工程地球物理测试方法之一。

它广泛应用于石油、天然气勘探中,在地质勘探、土力学和岩石力学等领域也得到了广泛应用。

基于声波测井信息的地应力分析及裂缝预测研究具有重要的应用价值和理论意义。

二、研究内容和思路本研究将基于声波测井信息,结合数值模拟和实际地震勘探资料,进行地应力分析和裂缝预测研究。

具体内容包括:1. 声波测井资料的处理和分析:采集地下岩石的声波测井数据,对数据进行处理和分析,获得地下岩石的物理性质和力学参数,包括泊松比、弹性模量、剪切模量等。

2. 地应力分析:基于声波测井数据和岩石力学参数,结合地质条件和重力场等因素,通过数值模拟和实际地震勘探资料,分析地下岩石的应力状态及其分布规律,预测地下工程中的地应力。

3. 裂缝预测:基于声波测井数据和地下岩石的力学参数,结合地下岩体的物理和化学特性,通过数值模拟和实际地震勘探资料,预测地下岩体中的裂缝分布和演化趋势。

4. 研究成果的应用及推广:将获得的研究成果应用于地下工程设计、施工和运行中,推广和应用本研究成果,提高地下工程的安全性和可靠性。

三、研究计划和预期结果1. 工作计划:第一年:采集地下岩石的声波测井数据,处理和分析数据,研究地下岩石的物理性质和力学参数,分析地应力的分布规律和预测裂缝的分布趋势。

第二年:基于数值模拟和实际地震勘探资料,进行地应力分析和裂缝预测研究,深入探究地下岩石的应力状态及其分布规律,预测地下工程中的地应力和裂缝分布趋势。

应用测井资料计算地应力以及地层破裂压力_以库车坳陷克拉A井解释为例

应用测井资料计算地应力以及地层破裂压力_以库车坳陷克拉A井解释为例

Ξ应用测井资料计算地应力以及地层破裂压力——以库车坳陷克拉A井解释为例许赛男1、2,黄小平2(11长江大学教育部油气资源与勘探技术重点实验室;21长江大学地球物理与石油资源学院,湖北荆州 434023) 摘 要:在石油勘探开发过程中,人们越来越认识到地应力方向的重要性。

水力压裂缝的延伸方向以及注采井网合理布置等,都和地应力的方向有密切关系。

现今地应力方向及其大小对于钻井工艺设计、储层压裂改造和开发设计等都具有重要意义。

利用D S I测井资料可以获取地层的纵、横波资料,进行岩石机械特性参数计算,依据岩石力学原理,可计算地应力及预测地层破裂压力。

关键词:水力压裂;测井资料;地层破裂压力;地应力 地应力是存在于地壳中的内应力,它是由于地壳内部的垂直运动和水平运动的力及其他因素的力而引起介质内部单位面积上的作用力。

地壳岩石中时时处处都存在地应力。

地壳中不同地区、不同深度地层中的地应力的大小和方向随时间和空间变化而变化构成地应力场。

一般地层深处的地应力可以用三个主应力来表示,一个为上覆地层应力Ρv,一般可认为其为垂直方向。

另两个分别为水平最大应力ΡH和水平最小应力Ρh,这两个水平应力一般不相等。

(由于最小水平应力即为地层的闭合应力,并且压裂的裂缝沿垂直于最小水平应力方向的平面延伸,所以在此主要介绍最小水平应力的计算方法)上覆地层应力可通过密度测井数据来求得。

综合弹性理论,声波测井资料和密度测井资料,得出了连续地应力剖面。

1 地应力研究方法在此利用B i o t(1954)多孔介质弹性形变理论导出的A nders on模型来计算〔1〕。

其计算公式如下:Ρh=(Λ1-Λ)(Ρv-ΑP p)+ΑP p(1)式中:Ρh—最小水平应力;Ρv—垂向应力(上覆岩层压力),由密度测井资料计算得到;P p—孔隙流体压力;Λ—泊松比;Α—B i o t常数。

1.1 岩石各弹性参数的计算1.1.1 横波资料已经给定的情况下,计算上述各弹性参数〔2〕岩石纵波速度V p和横波速度V s与拉梅系数Κ、Λ的关系为:纵波速度:V p=1D TC =Κ+2ΛΘb(2)横波速度:V s=1D T S =ΛΘb(3)根据声波全波列测井资料与密度测井资料可以计算各弹性参数,包括:岩石的剪切模量、泊松比、杨氏模量、体积弹性模量和体积压缩系数。

随钻测井地质导向技术在水平井钻井中的应用

随钻测井地质导向技术在水平井钻井中的应用

162当前,最常用的技术方法是最小二乘法。

LWD技术是一种基于钻探过程中的地质条件(井眼轨迹、钻头位置、井眼角度等)与地层电阻率之间的相互影响,实现对油气层进行有效的定位和定向的一种新兴的测井技术,可实现对油气层位置和岩性的动态监测。

在此基础上,提出了一种基于 LWD技术的新型测井方法。

水平井是一口高产量、低廉的油田,其钻探成功率与油气藏的钻探工艺密切相关。

随钻测井技术具有指导地质导向和实时评价储层物性等优点,对改善储层钻进速度、缩短完井周期和降低水平井测井风险具有重要意义。

在大斜度井和水平井的勘查和开发中,采用了随钻测井技术。

1 发展概况当前,在水平井中使用的随钻测井技术有:一是识别岩性,测定地层倾角,测定水平段长度;二是利用已有的地层岩性和构造信息,对水平剖面进行轨道控制;三是利用地层的岩性和结构信息,对水平线的航迹进行了动态修正。

从国内外的研究进展来看,随着随钻测井技术的不断发展,随着随钻测井技术的不断深入,人们对该技术的认识也越来越深入。

在水平井技术、随钻测井技术等方面取得长足进步的同时,也使随钻测井技术在今后的研究中占有越来越重要的地位。

基于岩性、断裂、沉积相、气顶等特征,对岩性及岩性进行识别,而上述特征均受外部环境的制约,其识别效果会有很大的改变。

另外,常规的地质方向法在实际运用中也面临着诸多问题,如:因勘探设备与岩层间的间距较小,不能对岩层的变形情况进行准确的判定;但在实际应用中,因检波器与地层相距太近,不能准确判别出含油层;但在实际应用中,因检测仪与岩层相距很近,不能对岩层的地质变形做出精确的判定。

随着我国石油资源的日益丰富,石油资源的日益丰富,采用常规的地质导引方式已难以适应石油资源的需求。

为此,必须对现有的地质导引技术进行改进与创新。

随着随钻录井技术的不断发展,随钻录井的地导技术也在不断发展。

地质导向技术在水平井钻井中的应用将形成一套完整的水平井测量工艺、轨迹控制与安全钻井的技术体系,可有效保障钻井轨迹在油层中的最优穿越,提升油层的钻井效率,推动水平井钻井技术的发展与提升。

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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

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







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





_ _ 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

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 。


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 :
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