[发明专利]适用于压力衰竭地层的井壁稳定的研究方法

说明书

本发明公开了一种适用于压力衰竭地层的井壁稳定的研究方法，该方法综合地下岩石力学、测井学、连续介质力学、弹性力学、数理统计学等多学科知识点，从地层压力衰竭后岩石骨架颗粒的微观变形情况入手，到岩石的宏观声波响应表现、特性参数变化等，并充分利用该油田地层压力未衰竭时的部分资料(如岩石骨架密度测井、泥质含量测井、地层压力以及坍塌破裂压力实测点，地层岩心等)，最终确定出压力衰竭地层的坍塌、破裂压力从而为压力衰竭地层钻井的钻井液密度选择提供指导依据。本发明计算方法的精确度较高，只有破裂压力的预测上稍微有点误差。

技术领域

本发明涉及油气田钻井中的压力衰竭地层井壁稳定性研究，具体地指一种适用于压力衰竭地层的井壁稳定的研究方法。

背景技术

大部分油气田在开采一段时间之后，地层能量都会有不同程度的下降。根据在压力衰竭地层的现场钻井情况统计，在压力衰竭井段极易发生井漏、卡钻等事故。例如在中国南海西部莺歌海盆地MD气田经过二十多年的开采，储集层压力系数已经下降至0.5左右。为了满足生产计划要求，并于2010年起增打多口调整井，在调整井的钻进过程中压力衰竭井段井漏、卡钻等事故发生率占整个井段的80％以上。针对该现象，为了减少压力衰竭井段事故发生率，国内外研究基本上集中于钻井液性能优化、井身结构优化设计等，缺乏理论上深入研究压力衰竭地层井壁失稳原因。虽然目前也有国内外相关学者对压力衰竭地层的地应力、坍塌破裂压力变化进行了研究，但是都是建立在岩石特性参数不发生变化的基础上得到的数学计算模型，虽然据此得到的数学计算模型较简介，但是坍塌破裂压力预测精度低的同时还没有形成一套具体成型的压力衰竭地层井壁稳定性预测方法，在现场实际应用中有诸多限制。如果不对压力衰竭地层坍塌、破裂压力进行精确预测，而是沿用油气田开发初期的安全泥浆密度窗口，极有可能因为钻井液密度选用不准确而导致井漏、卡钻等事故的发生。

发明内容

本发明针对现场越来越高的精度要求以及目前对压力衰竭地层的研究不足，本发明综合地下岩石力学、测井学、连续介质力学、弹性力学、数理统计学等多学科知识点，从地层压力衰竭后岩石骨架颗粒的微观变形情况入手，到岩石的宏观声波响应表现、特性参数变化等，并充分利用该油田地层压力未衰竭时的部分资料(如岩石骨架密度测井、泥质含量测井、地层压力以及坍塌破裂压力实测点，地层岩心等)，最终建立了一个完整的压力衰竭地层的安全泥浆密度窗口预测方法。利用该方法可以准确预测压力衰竭地层的坍塌、破裂压力，预测精度高。

为实现上述目的，本发明提供的一种适用于压力衰竭地层的井壁稳定的研究方法，包括以下步骤：

1)收集距离待钻井位最近的已钻井的储层岩心，通过大量室内岩心声波实验，记录岩石有效应力与对应的声波传播速度数据，通过对大量的实验数据统计并标识在坐标纸上，得到岩石有效应力与声波速度之间的关系；通过对大量的实验数据统计并标识在坐标纸上，发现岩石有效应力与声波速度之间呈现出良好的曲线关系，即存在着某种数学关系。为了找出岩石有效应力与声波速度之间的数学关系，分别假设两者之间存在着二次关系、三次关系、对数关系，然后对其相关性进行分析发现，对数函数相关性高达0.85以上，因此最终确定岩石有效应力与声波速度之间存在着对数关系；

2)首先根据岩石密度测井数据积分得到上覆岩层压力，再根据油气田储集层地层压力衰竭情况，确定出地层岩石有效应力大小，然后确定上覆岩层压力、地层压力、有效应力三者之间的关系如下(油田卡开采一段时间后地层能量下降导致地层压力衰竭，但是不会影响地层岩石矿物含量，不会影响岩石骨架颗粒密度。因此，可以充分利用油田地层压力未衰竭时所测的测井资料，比如地层岩石泥质含量测井数据、地层岩石密度测井数据。)：

σ_c＝p_u-αp_p (2)

其中σ_c为有效应力、p_u为上覆岩层压力、p_p为地层压力、α为应力贡献系数，α为0.8～0.9；