注水井破裂压力预测方法研究

1、注水井破裂压力预测方法研究注水井破裂压力预测方法研究 大庆油田有限责任公司大庆油田有限责任公司 二二六年十一月六年十一月 一、前言一、前言 随着油田开发的不断进行，套管损坏已经是油 田开发所面临的最严峻的问题之一。地层破裂是 导致套损的主要原因。 目前油田所应用的确定合理注水压力的方法过 于简单。油田开发过程中有时会需要较高的注水压 力，又不能使油层破裂，所以确定精确的注水压力 界限就尤为重要。地层破裂压力的预测直接关系到 水井合理注水压力的确定。 5 . 013. 0098. 0HP 允 HHPPf23. 0098. 05 . 000981. 0 允 二、预测模型二、预测模型 黄氏破裂压力预

2、测模型：黄氏破裂压力预测模型： Pf地层破裂压力，MPa； PP地层孔隙压力， MPa； S上覆岩层压力， MPa； St岩石抗张强度， MPa； 地层泊松比，无因次； K构造应力系数，无因次。 tPPf SPSKPP 1 2 由于黄氏破裂压力预测模型不仅考虑到岩层上覆压力是 深度的函数，而且还考虑到井壁应力集中的影响、地下非均 匀分布的构造应力的作用，以及岩层强度等因素，因而能适 用于不同条件的地区，所预测的破裂压力将较更为准确可靠。 本文以黄氏破裂压力预测模型为基础，并与实际相结合，在 模型参数的确定上进行了改进。 该模型中，是与地层岩性有关的参数，K与地层构造情 况有关。在同一区块中，、

3、K值变化不大，可将二者视为常 数，即： 式中：式中：地层系数，无因次地层系数，无因次。 则该模型最终转化为： 所以，通过破裂压力可确定最高允许注水压力： K 1 2 tPPf SPSPP zgf PPPPP 静允 H0.00981P静 式中式中: P: P允允最高允许注水压力，最高允许注水压力，MPaMPa； P P静静静水柱压力，静水柱压力，MPaMPa； PgPg管损，管损，MPaMPa； PzPz嘴损，嘴损，MPaMPa。 三、模型中各参数的确定三、模型中各参数的确定 岩层的抗张强度可以通过压裂施工曲线直接求取。 Pf Ps 典型压裂施工曲线典型压裂施工曲线 sft PPS 式中： St

4、岩石抗张强度， MPa； Pf地层破裂压力，MPa; Ps维持地层开启压力，MPa 为了验证本方法的正确性本研究选取两口井四个层位的岩 芯进行巴西劈裂抗拉实验,通过此实验确定该层位岩石抗张 强度,并与通过压裂施工曲线读取的抗张强度值进行对比验 证.所得实验结果与压裂施工曲线读取的抗张强度值进行对 比如下： 表表1 1 实验结果对比实验结果对比 根据实验对比验证，说明应用压裂施工曲线法所得 地层抗张强度是合理可行的。 密度测井曲线可以比较真实地反映地下岩石的体密 度随其埋藏深度的变化规律,是求取上覆岩层压力最 为理想的资料。但有时难以获得完整的全井密度测井 曲线。所以无法应用实测地层密度测井曲线

5、计算上覆 岩层压力。 本研究通过压裂施工曲线，运用实测破裂压力， 通过反演、拟和得出地层密度曲线，用来计算上覆岩 层压力。 tPPf SPSPP 将两组实测破裂压力数据代入上式可得： 222222 111111 tPPf tPPf SPSPP SPSPP 将上两式作比得： 22 11 222 111 P P tPf tPf PS PS SPP SPP 因为地层密度是深度的函数，并且普遍认为符合如下关系式： bHaln 对深度H积分得上覆岩层压力： HH HbHaHHadHbHadHS 00 lnln )ln(0098. 0HbHaHHaS 式中：S上覆岩层压力，MPa。 设两组破裂层位的中部深

6、度分别为H1、H2，则上覆岩层压力分 别为： )ln(0098. 0 11111 HbHaHHaS )ln(0098. 0 22222 HbHaHHaS 22222 11111 222 111 )ln(0098. 0 )ln(0098. 0 P P tPf tPf PHbHaHHa PHbHaHHa SPP SPP 整理得： )()( )(0098. 0)(0098. 0 )ln()(0098. 0)ln()(0098. 0 22211112 22211112 111222222111 tPfPtPfP tPftPf tPftPf SPPPSPPP SPPHSPPHb HHHSPPHHHSPP

7、a 令： )ln()(0098. 0)ln()(0098. 0 111222222111 HHHSPPHHHSPPA tPftPf )(0098. 0)(0098. 0 22211112tPftPf SPPHSPPHB )()( 22211112tPfPtPfP SPPPSPPPC 则方程转化为： CbBaA A C b A B a 应用最小二乘法拟和得出a、b。根据公式可计算不 同深度地层密度，并最终确定上覆岩层压力。 应用此方法计算的不同井深的地层密度，与葡33全 井实测地层密度对比，平均相对误差为0.82%，葡333井 密度测井资料对比，平均相对误差为-0.25%。本方法预 测的密度值精

8、度较高，误差较小，能够满足工程计算的 需要。 3、地层系数 地层系数的构成能够反映一个区块油层的性质及构造 情况。由于大庆油田公司采油七厂地质情况复杂，将油层 划分为正常开发区、套损区、裂缝区、断层区四种区块。 地层地应力平衡较好，平衡系统不易改变，所以地层 能够承受较大的外力而不破损； 处于断层附近，断层对地应力平衡系统的影响较大， 并成为破坏平衡的不稳定因素； 由于泥岩层进水，膨胀、滑动，都会改变该地区的地 应力平衡，而套损频繁发生的地区，地应力系统也就 随之不断变化，促使地层稳定性变差，容易破裂； 过高的地层孔隙压力极易使地层中的裂缝扩展、延伸， 且比完整地层的破裂更加容易。 正常区 断

9、层区 套损区 裂缝区 所以这四种不同区块的特点对油层破裂压力的影响所以这四种不同区块的特点对油层破裂压力的影响 主要反映在油层的地层系数上。主要反映在油层的地层系数上。 确定一个地区的地层系数，可以通过压裂施工曲线，运 用实测破裂压力，应用式 ： tPPf SPSPP 各类型地层系数对比各类型地层系数对比 在油田开发过程中，随着实测破裂压力数据在油田开发过程中，随着实测破裂压力数据 的不断丰富，就可以不断对该区域的构造应的不断丰富，就可以不断对该区域的构造应 力系数进行修正，逐渐逼近其真实值力系数进行修正，逐渐逼近其真实值。 通过反算得出通过反算得出 4、地层孔隙压力 地 层 孔 隙 压 力

10、为油井测压的静压值,但不是每口油井 都有准确的测压值。所以对于没有测压 资料的油井则选用该油井地层压力。油 井地层压力是通过surfer软件,采用克 里金法对该井所在区块的油井静压值进 行插值得到的。 对于油井 地层孔隙压力指的是水井静压，可通过 实测水井静压获得。 对于水井 压裂资料筛选 地层存在天然裂缝或重复压裂的压裂施工曲线，不地层存在天然裂缝或重复压裂的压裂施工曲线，不 能准确反映油层真正的破裂压力，在选取数据时将其去掉。能准确反映油层真正的破裂压力，在选取数据时将其去掉。 压裂施工曲线中记录的破裂压力，实际上是地面泵压裂施工曲线中记录的破裂压力，实际上是地面泵 压，如要获得油层真实破

11、裂压力，就需要通过地面记录的压，如要获得油层真实破裂压力，就需要通过地面记录的 泵压求出油层实际破裂压力。泵压求出油层实际破裂压力。 1 四、实例计算 油层实际破裂压力与地面泵压有如下关系： UmjBf PPPPP 式中：Pf油层实际破裂压力,MPa； PB油层破裂时地面泵压,MPa； Pj压裂管柱静液柱压力,MPa； Pm压裂液通过油管的沿程摩阻,MPa； PU压裂液在射孔孔眼处的摩阻, MPa。 破裂压力预测 以葡北二断块套损区为例，进行计算，所得上覆岩层压力公式 ： )0813. 11727. 0ln1727. 0(098. 0HHHHS 葡北二断块抗张强度葡北二断块抗张强度 本研究与原公式预测结果对比本研究与原公式预测结果对比 本方法所预测的破裂压力平均相对误差为0.36MPa， 具有很高的预测精度。 五、结 论 1、本研究以黄氏破裂压力预测模型为基础，即继承了黄氏 模型综合、全面地考虑影响破裂压力的诸多因素的优点, 同 时与实际相结合，在模型参数的确定上进行了改进。针对大 庆油田第七采油厂的地质特点对不同类型的油层