03-井壁稳定性分析技术应用-胜利钻井院-崔杰.ppt
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井井壁壁稳稳定定性性分分析析技技术术及及应应用用胜利石油管理局钻井工艺研究院2008年9月一、目的意义一、目的意义二、在该领域具有的优势二、在该领域具有的优势三、研究分析思路三、研究分析思路四、技术应用四、技术应用五、结论五、结论获取准确的地层三压力剖面和岩石强度剖面,帮助调整钻井设计及施工(套管、泥浆、轨迹);理解和分析地下情况,帮助钻井方案上有更大程度的自信;模拟钻井井筒全井眼的受力情况,避免昂贵的钻井复杂情况(井涌、卡钻、井漏、井喷);提高总的钻井成功率。
通通过过三三压压力力剖剖面面的的研研究究,模模拟拟地地下下岩岩石石、地地层层流流体体所所受受的的力力学学状状态:
态:
井筒稳定性分析的意义井筒稳定性分析的意义井筒稳定性分析的意义井筒稳定性分析的意义井眼压力平衡低高一、目的意义一、目的意义二、在该领域具有的优势二、在该领域具有的优势三、研究分析思路三、研究分析思路四、技术应用四、技术应用五、结论五、结论10+10+年的持续研究年的持续研究60+60+的员工的员工依托中石化最大的钻井研究院依托中石化最大的钻井研究院依托高等院校依托高等院校国外软件的引进消化国外软件的引进消化紧密结合现场(紧密结合现场(60+60+井口数)井口数)独创的随钻压力监测方法独创的随钻压力监测方法20+口井10+口井10+口井20+口井一、目的意义一、目的意义二、在该领域具有的优势二、在该领域具有的优势三、研究分析思路三、研究分析思路四、技术应用四、技术应用五、结论五、结论从油田区块规模到单井;从油田区块规模到单井;综合利用各类资料,把地层压力和地质力学结合在一起;综合利用各类资料,把地层压力和地质力学结合在一起;钻前、实时、钻后的单井分析方案。
钻前、实时、钻后的单井分析方案。
整体思路整体思路整体思路整体思路?
建立三维压力趋势体,了解压力整体分布;是压力盆地模拟的基础。
区块范围内的地质压力体整体思路整体思路整体思路整体思路地质压力体横剖面整体思路整体思路整体思路整体思路横向压力展布图整体思路整体思路整体思路整体思路地质压力体纵剖面整体思路整体思路整体思路整体思路地质压力体纵剖面整体思路整体思路整体思路整体思路井井井井目的层纵剖面细节整体思路整体思路整体思路整体思路三压力剖面坍塌压力坍塌压力孔隙压力孔隙压力破裂压力破裂压力单井三压力剖面确定密度窗口,更改套管程序。
整体思路整体思路整体思路整体思路井底坍塌压力轨迹调整整体思路整体思路整体思路整体思路岩石工程力学参岩石工程力学参数数(杨氏模量、泊松比、杨氏模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、可内聚力、内摩擦角、可钻性级值等钻性级值等););孔隙压力孔隙压力破裂压力破裂压力坍塌压力坍塌压力地应力地应力井井筒筒稳稳定定性性分分析析单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测、随钻跟踪、钻后评价全程计算单井井筒三压力剖面;钻前预测、钻后评价的压力计算方法基本一致,只是采用的数据资料不同。
坍坍塌塌压压力力孔孔隙隙压压力力单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算破破裂裂压压力力算法模型单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算1、建立邻井的井下工况及复杂情况汇总图摸排邻井资料,分析整理,建立汇总图,各层段工况及复杂情况一目了然,便于建模后的分析对比。
钻前预测2.1、建模及井壁稳定性分析流程井壁垮塌分析岩石强度预测、岩石室内试验参数地应力建模;三压力建模井壁稳定性分析地层孔隙压力预测漏失实验分析(最小主应力)钻井分析2、利用邻井资料进行建模单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测垂向主应力Sz()=rgdz漏失测试、扩展漏失测试、微裂缝最小水平主应力最大主应力大小模拟(Anderson断层理论)最大水平主应力地层孔隙压力RFT、DST、声波、地震、压差因子法随钻计算应力方向最大主应力方向四六臂测井、成像测井岩石强度实验室测量、测井密度积分2.2、数据资料使用情况地质压力背景地震、构造、沉积相、单井测试资料等单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测3、计算模型校验和总结利用建立的模型对某一邻井进行计算,对该井预测的井壁稳定情况与井径曲线、井下复杂情况对比分析,确定模型的合理性。
Caliper1-3Caliper2-4垮塌宽度垮塌方位及宽度5448m卡钻和落鱼,5165m侧钻5453m,5746m卡钻和落鱼5621m井涌4644-5151m,5232-5804m井段多次循环清洗和划眼4620-5040m多处缩径4112m、4402m、5040m、5182m等多次卡钻5094m-5425m岩屑过多单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测示意图4、目标井井壁稳定性分析通过对邻井进行分析计算后,对目的井进行模拟预测计算,结果虽仍存在一定的不确定性,但计算结果已趋近实际地质情况。
邻井邻井11邻井邻井22邻井邻井33邻井邻井44重点层位1目的井重点层位24.1、建立邻井及目标井联井剖面可进行目的井重点层位井深校正,计算压力时根据埋深换算压力系数等。
示意图单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测4.2、建立目标井全井段地应力模型根据邻井建立邻井岩石性质邻井地应力剖面目标井三压力剖面岩石强度坍塌压力坍塌压力孔隙压力破裂压力破裂压力单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测分析井涌、垮塌、压裂等不稳定井段;预测不稳定井段并对垮塌程度进行预测。
4.3、目标井井壁不稳定井段分析示意图和示意数据单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测4.4、目的井重点层位井壁不稳定井段分析重点层位重点分析:
砂泥岩岩石强度范围在60MPa到160MPa之间泥岩下限:
60MPa含气砂岩下限(弱砂岩强度):
70MPa含气砂岩均值:
110MPa地层孔隙压力为1.8,分别分析不同泥浆密度下砂岩和层间泥岩的垮塌情况1.85g/cm31.75g/cm31.65g/cm3单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测1.851.751.65不会出现井壁垮塌井壁垮塌近90度1.65的井底压力会造成整个井壁坍塌预测不同岩性、不同岩石强度,在不同泥浆密度下的井壁垮塌情况。
假设目的层地层孔隙压力为1.8,分别分析不同泥浆密度(1.85,1.75,1.65)下砂岩(岩石强度为70MPa)垮塌情况。
单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算单井井壁稳定性计算钻前预测单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算11、现场进行重点层位的压力随钻监测:
现场进行重点层位的压力随钻监测:
因为地质情况的不确定性,用邻井和地震资料计算得出的三压力剖面存因为地质情况的不确定性,用邻井和地震资料计算得出的三压力剖面存在不确定性,需根据现场情况修正三压力剖面;在不确定性,需根据现场情况修正三压力剖面;开展压力随钻计算新方法在不同区块的现场适应性研究。
开展压力随钻计算新方法在不同区块的现场适应性研究。
随钻检测1.11.1、发现钻入异常压力地层和估计地层压力的方法;、发现钻入异常压力地层和估计地层压力的方法;1.21.2、利用压差因子法进行孔隙压力随钻计算;、利用压差因子法进行孔隙压力随钻计算;DcDc,SigmaSigma,标准钻速,岩石强度;,标准钻速,岩石强度;压差因子法压差因子法:
建建立立随随钻钻计计算算地地层层特特征征参参数数,并并绘绘制制它它们们随随井井深深变变化化的的曲曲线线,仔仔细细观观察察每每只只钻钻头头这这些些曲曲线线的的变变化化,如如果果发发现现这这些些参参数数值值突突然然下下降降,则则预预示示钻钻入入异异常常高高压压层层,突突变变前前的的参参数数值值与与突突变变后后的的参参数数的的比比值值乘乘以以突突变变前前的的压压力力便便得得到到突突变变后后地地层层压压力力的的估估计计值。
值。
使使用用这这个个方方法法有有可可能能及及时时发发现现井井涌涌,这这对对钻钻井井安安全全有有重重要要意义。
意义。
1.11.1、发现钻入异常压力地层和估计地层压力的方法、发现钻入异常压力地层和估计地层压力的方法随钻检测单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算董董11井地层压力特征参数变化图井地层压力特征参数变化图单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算随钻检测该该井井钻钻至至井井深深4871.76m4871.76m发发生生井涌,立即关井、求压。
井涌,立即关井、求压。
这这三三条条计计算算的的特特征征参参数数曲曲线线在在异异常常高高压压发发生生处处出出现现了了低低峰峰,峰峰宽宽近近2m2m,这这和和地地质质家家判判断断的的气气层厚度一致。
层厚度一致。
特特征征参参数数曲曲线线,对对钻钻入入高高压压层层后后是是否否已已钻钻出出高高压压层层提提供供了了判判断依据。
断依据。
清溪清溪11井地层压力特征参数变化图井地层压力特征参数变化图单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算随钻检测得得到到地地层层特特征征参参数数,估估算算4285m4285m的的最最高高地地层层压压力力当当量量密密度度为为:
2.06g/cm2.06g/cm33,该该井井最最后后压压井井的的钻钻井井液液密度密度2.2g/cm2.2g/cm33。
大湾大湾102102井地层压力特征参数变化图井地层压力特征参数变化图单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算随钻检测在在3780.57m3780.57m,发发现现溢溢流流,钻钻井井液液密密度度由由1.481.48g/cmg/cm33降降低低到到1.381.38g/cmg/cm33,立即关井,立即关井。
得得到到地地层层压压力力的的特特征征参参数数后后,估估算算该该处处的的最最高高地地层层压压力力当当量量密密度度为为:
1.451.45g/cmg/cm33,该该井井压压井井的的钻井液密度为钻井液密度为1.581.58g/cmg/cm33。
1.21.2、利用压差因子法进行孔隙压力随钻计算;、利用压差因子法进行孔隙压力随钻计算;单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算压力计算模型:
压力计算模型:
压压差差因因子子是是井井底底压压差差影影响响钻钻速速的的因因子子,它它主主要要反反映映了了井井底底压压差差平平衡衡过过程程对对钻钻速速的的影影响响,是是反反映映地地层层压压力力的的最最直直接接的参数。
的参数。
随钻检测新疆准噶尔盆地:
达1井、固1井、固2井、庄101井、庄102井、庄103井、英1井,庄3井、庄4井、庄1井、庄2井、沙1井、征1井、董1井、金1井等。
东部油区:
郝科1井、坨712井、诸参1井、胜科1井等。
川东北地区:
黑池1井、大湾1井、普光101井、毛坝6井、马2井、双庙101井、老君2井、清溪井、大湾102井、河坝1井、河坝2井、毛坝1井、毛坝2井、毛坝3井、毛坝4井、普光27井、元坝1井、老君3井、龙8井等。
应用的部分油区及井号单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算单井随钻压力计算随钻检测毛坝毛坝66井区含气面积图井区含气面积图毛坝6井为四川盆地川东断褶带毛坝场构造北端一口评价井,从嘉陵江组开始对地层压力实时跟踪。
示例示例示例示例11毛坝毛坝毛坝毛坝66井井井井上部压力系数在1.01.1之间,从2800m至3600m压力增高,进入嘉陵江组压力系数为1.2左右,35303630m之间压力系数接近1.4。
测试井深(m)实测压力计算压力3744.9384149.22(MPa)1.3251.41(MPa)1.383857.8397049.43(MPa)1.2853.5(MPa)1.39黑池1井为川东北通南巴构造带黑池梁断背斜南端一口预探井,邻区川涪82井和河坝1井在嘉陵江组的实测地层压力系数分别为1.64g/cm3和2.09g/cm3;针对该井的嘉陵江组进行随钻压力跟踪。
河坝河坝11川涪川涪8282川巴川巴8888马马22黑池黑池11示例示例示例示例22黑池黑池黑池黑池11井井井井该井进入嘉陵江组后,进行了现场压力随钻监测(在PDC钻头钻进井段常规dc,sigma计算方法往往表现为钻速快,从而导致压力计算值高的特征,而用压差因子法计算的压力系数,则可清楚的反映地层压力的变化趋势,更符合实际情况)。
PDC钻头钻头测试井段(m)实测压力计算压力4350.634350.634576457671.371.3MPaMPa1.551.5571.7871.78MPaMPa1.5691.569示例示例示例示例33胜科胜科胜科胜科11井井井井27003000斯伦贝谢:
1.01.2钻井院:
1.01.2530003700斯伦贝谢:
1.21.6钻井院:
1.21.6737004150斯伦贝谢:
1.051.25钻井院:
1.051.4井段m计算压力(斯伦贝谢)计算压力270030001.01.21.01.25300037001.21.61.21.67370041501.051.251.051.4井段m实测压力计算压力4673.834733.001.301.29565一、目的意义一、目的意义二、在该领域具有的优势二、在该领域具有的优势三、研究分析思路三、研究分析思路五、结论五、结论四、技术应用四、技术应用黑池1井井下复杂情况统计图川东北地区川东北地区川东北地区川东北地区(黑池黑池黑池黑池11井井井井)黑池黑池11井三压力剖面计算及分析井三压力剖面计算及分析两类方法计算的孔隙压力对比图压差因子法、伊顿法测试井段(m)实测结果(MPa)压力系数压差因子法计算结果(MPa)压力系数误差4350.63497671.31.5571.781.5690.019孔隙压力川东北地区川东北地区川东北地区川东北地区(黑池黑池黑池黑池11井井井井)黑池黑池11井地井地应力剖面力剖面最小、最大主应力垂直主应力是通过对体积密度测井曲线的积分求取的;最小水平主应力可从微裂缝实验及扩展井漏实验获取,即井漏压力(LOT);通过对测井(声波时差、密度等)资料的分析,快速计算地层的岩石强度力学参数。
如果再用岩石力学实验数据进行校验,则其结果就会更加符合实际;最大水平主应力的计算,对于直井和斜井计算方法是不一样的。
川东北地区川东北地区川东北地区川东北地区(黑池黑池黑池黑池11井井井井)易漏失井段易漏失井段易卡井段易卡井段三压力剖面川东北地区川东北地区川东北地区川东北地区(黑池黑池黑池黑池11井井井井)一、目的意义一、目的意义二、在该领域具有的优势二、在该领域具有的优势三、研究分析思路三、研究分析思路五、结论五、结论四、技术应用四、技术应用研研究究分分析析钻钻井井井井筒筒周周围围的的力力学学状状态态,分分析析钻钻井井中中可可能能的的复复杂杂情情况况,并并以以此此为为基基础础,提提出出预预防防钻钻井井复复杂杂事事故故、改改善善井井筒稳定性的建议,筒稳定性的建议,从而优化套管、泥浆设计从而优化套管、泥浆设计。
井井壁壁失失稳稳是是众众多多因因素素影影响响的的结结果果,包包括括钻钻井井作作业业、钻钻井井液液成成分分组组成成以以及及井井眼眼轨轨迹迹等等等等。
为为了了有有效效使使用用综综合合井井壁壁稳稳定定评评价价方方法法,需需要要大大量量钻钻井井信信息息、区区域域测测量量信信息息、岩岩石石属属性性测测量量和和地地应力数据的信息应力数据的信息,这些数据是构建力学模型的基础。
,这些数据是构建力学模型的基础。
在在构构造造复复杂杂、井井壁壁失失稳稳频频繁繁发发生生的的地地区区,认认识识井井眼眼破破坏坏的的机机理理是是评评价价预预报报复复杂杂情情况况的的一一个个重重要要方方面面,由由于于钻钻井井过过程程中中的的井井底底压压力力是是静静液液柱柱的的压压力力加加上上或或者者减减掉掉由由于于钻钻杆杆运运动动(旋旋转转,起起下下钻钻)和和泥泥浆浆流流动动引引起起的的动动态态压压力力,保保持持井井壁壁稳稳定定必必须须最最小小化化抽抽吸吸、激激动动和和其其它它动动态态压压力力,同同时时维维持持当当量量循循环环泥泥浆浆密密度度在在安全泥浆密度窗口内安全泥浆密度窗口内。
谢谢!
敬请领导、专家提出宝贵意见!
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