莺歌海盆地高温高压地层破裂压力评价.pdf
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1、录 井 工 程第34卷第2期莺歌海盆地高温高压地层破裂压力评价陈现军廖高龙张鑫磊(中法渤海地质服务有限公司湛江分公司;中海石油(中国)有限公司海南分公司;中国石油塔里木油田公司工程技术部)基金项目:中国海洋石油有限公司“十四五”重大科技项目“海上深层/超深层油气勘探技术”(编号:KJGG20220405)陈现军高级工程师,1982年生,2013年毕业于西南石油大学石油与天然气工程专业,硕士学位,现在中法渤海地质服务有限公司湛江分公司从事工程录井研究工作。通信地址:524057 广东省湛江市坡头区南油五区物业楼。电话:13763056885。Email:0引言南海油气资源极为丰富,是我国能源重要
2、接替区。莺歌海盆地位于南海西部,油气储层具有显著的高温高压特性,现场钻井过程中钻井液漏失等复杂情况频繁发生。前期钻探实践表明:莺歌海盆地乐东区块具有显著的高温高压特性,地层温度高达249,孔隙压力梯度当量密度为1.902.30 g/cm3,破裂压力摘要为了确保莺歌海盆地高温高压地层安全钻井,需准确地进行地层破裂压力评价。以莺歌海盆地乐东区块为研究对象,分析该区块地层破裂原因,基于弹性力学理论构建了地层破裂压力计算模型,综合利用室内实验测试、现场地漏实验、现场孔隙压力测试及测井数据解释等方法,获得了该区块高温高压地层的抗拉强度、泊松比、孔隙压力和地应力等地层破裂压力计算模型所需的关键参数。在此基
3、础上,结合现场钻井液漏失及地层破裂等情况分析,最终通过地层破裂压力计算模型获得了地层破裂压力分布剖面,可为研究区域钻井液性能及井身结构的合理设计提供参考。该地层破裂压力评价方法对于有效解决钻井液漏失问题、保证现场安全高效钻井具有积极的意义。关键词地层破裂压力评价高温高压莺歌海盆地抗拉强度泊松比孔隙压力地应力中图分类号:TE 132.1文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.16729803.2023.02.019Fracture pressure evaluation of high temperature and high pressure formationin Yinggeh
4、ai BasinCHEN Xianjun,LIAO Gaolong,ZHANG XinleiZhanjiang Branch,China France Bohai Geoservices Co.,Ltd.,Zhanjiang,Guangdong 524057,China;CNOOC China Limited Hainan Company,Haikou,Hainan 570312,China;Engineering and Technology Department of PetroChina Tarim Oilfield Company,Korla,Xinjiang 841000,China
5、Abstract:Accurate evaluation of fracture pressure is one of the key basic problems to ensure safe drilling in high temperatureand high pressure formation in Yinggehai Basin.Taking Ledong block in Yinggehai Basin as the research object,the cause offormation fracture in this area is analyzed,and the c
6、alculation model of formation fracture pressure is constructed based on theelasticity theory.The critical parameters required for the calculation model of formation fracture pressure such as tensilestrength,poissons ratio,pore pressure and insitu stress of high temperature and high pressure formatio
7、n in the target blockare analyzed and evaluated by means of laboratory test,field leakage test,pore pressure test and logging data interpretation.On this basis,combined with the analysis of the actual situation of drilling fluid leakage and fracture,the formation fracturepressure distribution profil
8、e is obtained through the calculation model of formation fracture pressure,which can providereference for the study on the performance of regional drilling fluid and the reasonable design of well structure.The evaluationmethod of formation fracture pressure can effectively solve the problem of drill
9、ing fluid leakage.It is of great significance toensure safe and efficient drilling on site.Key words:formation fracture pressure,evaluation,high temperature and high pressure,Yinggehai Basin,tensile strength,poissons ratio,pore pressure,insitu stress引用:陈现军,廖高龙,张鑫磊.莺歌海盆地高温高压地层破裂压力评价J.录井工程,2023,34(2):
10、117122.CHEN Xianjun,LIAO Gaolong,ZHANG Xinlei.Fracture pressure evaluation of high temperature and high pressureformation in Yinggehai BasinJ.Mud Logging Engineering,2023,34(2):117122.117录 井 工 程地 质 研 究2023年6月梯度当量密度基本接近于2.40 g/cm3,安全钻井液密度窗口不足0.10 g/cm3,钻井液漏失风险高15。乐东区块现有高温高压井9口,其中8口井发生了不同程度的井漏,只有1口井未发
11、生井漏,主要原因是地层破裂压力的预测精度满足不了现场作业需求。分析发现,当前制约莺歌海盆地高温高压地层破裂压力评价精度的主要问题如下:一是莺歌海盆地乐东区块高温高压地层破裂机理认识不清;二是破裂压力评价模型主要采用Eaton模型6,其适用性相对较差;三是莺歌海盆地乐东区块高温高压地层岩石力学参数认识不清楚,影响破裂压力计算精度7。基于此,本文通过分析目标油藏的地层破裂原因,建立相应的地层破裂压力预测模型,再利用室内实验测试、现场地漏实验和孔隙压力测试以及测井数据解释等方法,评价莺歌海盆地乐东区块高温高压地层的抗拉强度、泊松比、孔隙压力和地应力等地质力学参数。在此基础上,结合现场钻井液漏失及破裂
12、等实际情况分析,优选了莺歌海盆地乐东区块高温高压地层破裂压力评价方法及模型参数,并通过计算得到了地层破裂压力分布剖面,对于有效解决钻井液漏失问题、保证现场安全高效钻井具有重要的意义。1地层破裂原因分析及压力评价模型建立1.1乐东区块地层破裂原因分析将莺歌海盆地乐东区块现有8口高温高压井的钻井液漏失情况进行统计分析发现,其中2口井微漏,1口井小漏,1口井中漏,4口井失返属于严重漏失;7口井钻井液漏失发生在黄流组二段地层中,1口井钻井液漏失发生在梅山组一段和二段地层中,可见黄流组二段是漏失的重点层段;发生漏失的深度介于3868.004329.79 m之间,不同深度的温度、压力差异较大,温度和压力对
13、目标油藏地层破裂压力具有重要的制约作用;另外,黄流组二段和梅山组一段、二段漏失地层均为较细的砂岩与泥岩互层的岩性特征,因此砂岩和泥岩力学性质也是决定目标油藏地层破裂压力的基本因素。在该区块钻进过程中,当采用密度为2.29 g/cm3的钻井液钻至高温高压地层某深度时,发生井下漏失,测量钻井液漏速1.8 m3/h,为微漏,漏失钻井液量约为1.35 m3,通过降低排量后发现漏速降低。分析漏失情况发现,漏失时钻井液密度及当量钻井液循环密度(ECD)偏高,且漏失速度相对较低,降低排量后液面稳定,初步判断可能由于钻井诱导裂缝所致。进一步分析发现,该地层以灰色粉砂质泥岩、灰色泥岩、浅灰色粉砂岩、中砂岩和细砂
14、岩为主,天然裂缝不发育,成像测井显示存在人工诱导裂缝,判断钻井液漏失主要为人工诱导裂缝性漏失,即由于井内压力过大,使井壁岩石所受的周向应力超过岩石的抗拉强度所致。1.2地层破裂压力评价模型建立由于莺歌海盆地乐东区块地层的漏失主要为人工诱导裂缝性漏失,且主要为直井井眼。根据弹性力学理论,直井井壁上的井周应力状态公式为:rPi-Pi+(1-2cos2)H+(1+2cos2)hzv-2(H-h)cos2(1)式中:r、z分别为井周径向应力、周向应力和轴向应力,MPa;Pi为井内压力,MPa;为井周角,();H、h、v分别为水平最大地应力、水平最小地应力和上覆岩层压力,MPa;为泊松比,无量纲。根据岩
15、石力学理论,人工诱导型破裂可采用拉伸破坏准则公式进行描述:min-Pp-St(2)式中:min为井周最小主应力,MPa;为有效应力系数,无量纲;Pp为孔隙压力,MPa;St为抗拉强度,MPa。根据公式(1)可知,当0或180时,最小,最容易出现周向拉伸应力,产生拉伸破坏,因此,将0或180处的代入拉伸破坏准则公式,可得到地层破裂压力公式为:Pf3h-H-Pp+St(3)式中:Pf为地层破裂压力,MPa。2地层破裂压力评价模型关键参数获得地层破裂压力评价模型所需的关键参数包括地层抗拉强度和泊松比等与地层强度和变形相关的参数,以及上覆岩层压力、孔隙压力和水平地应力等参数。2.1抗拉强度将取自现场的
16、岩心加工成一定试件厚径比的圆盘状试件,采用巴西劈裂实验测试莺歌海盆地乐东区块高温高压地层泥岩和砂岩岩心的抗拉强度(表1)。由弹性理论可以证明,圆柱形试件劈裂时的抗拉强度由下式确定:118第34卷第2期陈现军等:莺歌海盆地高温高压地层破裂压力评价St2PDt(4)式中:P为试件破坏时的荷载,N;D为圆柱体试件直径,mm;t为圆柱体试件厚度,mm。为避免实验误差,分别测试了4块泥岩和5块砂岩的抗拉强度,测试分析结果如表1所示。分析可知,泥岩地层抗拉强度在 1.703.08 MPa之间,平均值为 2.65 MPa;砂岩地层抗拉强度在 4.906.65 MPa之间,平均值为5.94 MPa。2.2泊松
17、比将取自现场的岩心加工成直径 25 mm,高度50 mm的标准岩心柱,按照GB/T 23561.8-2009 煤和岩石物理力学性质测定方法8,采用三轴岩石力学实验测试系统,测试三轴压缩应力作用下岩心的应力-应变曲线,并通过下列公式计算岩心的泊松比:ra(5)式中:r为径向应变增量,无量纲;a为轴向应变增量,无量纲。不同围压下,莺歌海盆地乐东区块高温高压地层泥岩和砂岩岩心泊松比测试分析结果如表2所示。分析可知,泥岩地层泊松比在0.1810.228之间,砂岩地层泊松比在0.2310.315之间,随着围压增大,砂岩和泥岩的泊松比有逐渐增大的趋势。2.3上覆岩层压力上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的岩
18、石及其岩石孔隙中流体的总重量产生的压力。通常可通过测井密度数据积分求取910。对于海上油气田钻井,上覆岩层压力(v)的求取还要考虑水深及转盘高度的影响,其计算公式如下:vH1H2wgdh+H2H3rgdh(6)式中:w为海水密度,g/cm3;r为岩层密度,g/cm3;g为重力加速度,m/s2;H1为转盘面到海平面的高度,m;H2为海平面到海底泥面的深度,m;H3为泥面以下地层深度,m。岩性泥岩砂岩编号1-11-21-31-42-12-22-32-42-5直径/mm25.0225.0625.0024.9925.0325.0325.0625.0225.04厚度/mm11.019.8010.498.
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