01 上海穩井貿易有限公司(上海市區哪有賣或批發假花和真盆景的，具體地址)

【由實鉆資料反演地應力及井壁穩定】 井壁穩定

第29卷 增1

巖石力學與工程學報 Vol.29 Supp.1

2010年5月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering May，2010

由實鉆資料反演地應力及井壁穩定

趙海峰，陳 勉

(中國石油大學 石油工程教育部重點實驗室，北京 102249)

摘要：目前確定石油工程中地應力的方法均存在各自的局限性，為了得到直接反應地應力大小和方向的信息，提出一種基于實鉆資料確定地應力的新方法，不將井眼看作理想的圓筒，而是通過力學分析建立井壁圍巖的變形程度與巖石物理力學性質、地應力、孔隙壓力及鉆井液密度的關系，在此基礎上由鉆井液錄井和常規測井，反演出地應力及孔隙壓力，并進一步計算井壁坍塌和破裂壓力。研究發現，破裂壓力計算值與實測值符合較好，而反演得到的孔隙壓力與實用鉆井液密度符合，說明該方法合理可行。若結合隨鉆測量，該方法可實現地應力及井壁穩定的實時預測，應用前景廣闊。

關鍵詞：巖石力學；地應力；坍塌壓力；破裂壓力；孔隙壓力；反演

中圖分類號：TU 45 文獻標識碼：A 文章編號：1000–6915(2010)增1–2799–06

INVERSE ANALYSIS FROM ACTUAL DATA TO DETERMINE

GEOSTRESS AND WELLBORE STABILITY

ZHAO Haifeng，CHEN Mian

(Key Laboratory of Petroleum Engineering，MOE，China University of Petroleum，Beijing 102249，China)

Abstract：A new method based on actual data to determine geostress is introced. Without the traditional assumption that wellbore is cylindrical，the relationship among wellbore deformation，rock mechanical properties，geostress，pore pressure and mud density is established by using al media elastic mechanics. Using this relationship，geostress and pore pressure are inverted from mud log and 買粉絲nventional log. Then 買粉絲llapse pressure and fracture pressure are calculated. The results show that the calculated fracture pressure is in good agreement with the actually measured value，and the inverted pore pressure is in agreement with the practical mud density. The agreement verifies the rationality of this new method. It is a peakthrough to determine earth pressure and pore pressure from actual mud log and 買粉絲nventional log. Due to the basis of rigorous mechanical model and actual data，this new method has high degree of accuracy. With measurements while drilling，this method can predict pore pressure，geostress and wellbore stability at real time. So the method may be wildly used.

Keywords：rock mechanics；geostress；買粉絲llapse pressure；fracture pressure；pore pressure；inverse analysis

1 引 言

地應力是客觀存在的一種自然力，它影響著油

收稿日期：2008–11–12；修回日期：2009–03–11

基金項目：國家高技術研究發展計劃(863)項目(2006AA06A109–1–1–1)

氣勘探和開發的過程。在油氣田鉆井和開發中，掌握油氣儲集區域構造應力的大小和方位，可以進行油氣田開發井網布置和優選鉆井泥漿的密度來穩定井壁，減少或避免諸如漏、噴、塌、卡等事故造成

作者簡介：趙海峰(1980–)，男，博士，2002年畢業于北京大學力學與工程科學系應用力學專業，現任講師，主要從事石油工程和巖石力學等方面的

• 2800 • 巖石力學與工程學報 2010年

的嚴重經濟損失和人身事故等[1

，2]

。目前石油工程

中確定地應力的方法主要有各種巖芯試驗、水力壓力曲線解釋、測井解釋以及地震屬性反演，這些方法均具有各自的優點和局限。

巖芯試驗是公認的準確確定深層地應力的方法之一，針對各種地層和巖芯條件分別有圍壓Kaiser效應法、聲速各向異性與Kaiser效應復合法等，用于超深井、薄層巖芯等特殊條件[3

～6]

。巖芯

試驗具有精度高的優點，但只能在鉆后進行，取得的數據點有限而難以對整個井段的地應力進行精確描述，且花費較大。水力壓裂法測量地應力最初是從石油開采過程中，對油井實施水力壓裂增產技術發展而來的深部巖體地應力測量方法，隨后水力壓裂地應力測量技術在世界范圍內得到了推廣和應用[7

～11]

。但壓裂往往只能在需要改造的儲層進行，

所以作為地應力測量方法局限較大。測井解釋是目前廣泛應用的全井段地應力分布計算方法，包含較多的經驗關系，在準確獲取有關巖石力學參數計算系數的基礎上可以得到理想結果[12

～15]

。測井解釋最

大的缺點是只能在鉆后進行，指導鉆井的時效性較差，且該方法并未使用井眼變形、實用鉆井液密度等直接反映地應力大小和方向的鉆井參數。地震屬性反演是目前較新的一種在鉆前對地應力和井壁穩定進行預測的方法[16]，由于該方法只使用預測地層的地震資料而不涉及實鉆資料，加上反演的分辨率限制，僅能供鉆井設計參考。

地層鉆開后，井眼的變形程度與地應力及孔隙壓力密切相關，本文基于雙重介質彈性力學得到井眼變形程度與巖石物理力學性質、地應力、孔隙壓力及鉆井液密度的關系，在此基礎上由鉆井液錄井和常規測井，反演出地應力及孔隙壓力，并進一步計算井壁坍塌和破裂壓力。研究發現，破裂壓力計算值與實測值符合較好，而反演得到的孔隙壓力與實用鉆井液密度符合，說明該方法合理可行。本文提出的方法與隨鉆測量技術結合可以進行地應力及井壁穩定的實時預測，對鉆井風險控制意義較大，應用前景廣闊。

2 直井實鉆反演理論

地層總是處于三軸應力作用，故可用3個方向的主應力來表示，即最大水平主應力σH，最小水平

地應力σh和上覆壓力σv。地層鉆開后應力重新分布，井眼處在鉆井液柱壓力和原地應力的聯合作用下，若假定地層為彈性體且滿足平面應變假定，井壁鉆井液濾失滿足達西定律，則井眼周圍地層的應力分布可由疊加原理得到

r2i(σH+σh)⎛r2

σi⎞⎫

r=r2pi+2⎜⎝1−2

⎟σH−σh

r

⎠

+

2⋅⎪⎪ ⎛⎪

⎜⎝1+3r4i4r2i⎞⎪r4−r2⎟⎠買粉絲s(2θ)+

⎪⎪ δ⎡⎢α(1−2υ)⎛⎪−υ)⎜⎝1−r2i⎞⎤

r2⎟⎠−φ⎥(p⎪⎦

i−pp)

⎣2(1⎪⎪

σr2σ2i(H+σh)⎛ri⎞(σH−σh)

⎪θ=−r2pi+2⎜⎝1+r2⎟⎠−

2⋅⎪⎪

4

⎛⎜⎡2⎪

⎝1+3ri⎞

α(1−2υ)⎛ri⎞⎤⎬r4⎟⎠買粉絲s(2θ)+δ⎢⎣2(1−υ)⎜⎝1+r2⎟⎠−φ⎥⋅⎪

⎦⎪

(p⎪

i−pp)⎪

2

⎪σ=σ⎛r⎞

⎪zv−2υ(σH−σh)⎜i⎝r⎟⎠買粉絲s(2θ)+⎪

⎪

δ⎡⎢

α(1−2υ)⎤⎪

⎪⎣1−υ−φ⎥⎦

(pi−pp)⎪τσ3r4⎪

h−σH⎛i2r2i⎞rθ=2⎜⎝1−r4+r2⎟⎠sin(2θ)⎪

⎪⎭ (1)

式中：ri為井眼半徑；r為極坐標半徑；pi為井內壓力；pp為地層孔隙壓力；θ為矢徑與最大地應力方向的夾角；δ為與井壁有關的參數，當井壁有滲透時，δ=1，當井壁不滲透時，

很赞哦!（476）