元坝地应力方向与水平井井壁稳定性关系分析_智慧文.pdf

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1、第 8 卷 第 2 期2012 年 6 月新疆石油天然气Xinjiang Oil GasVol 8 No 2Jun 2012文章编号:16732677(2012)020025 03收稿日期:2012 02 01修改日期:2012 03 18作者简介:智慧文(1980 )，硕士学位，现在从事石油工程地质的设计与科研工作。元坝地应力方向与水平井井壁稳定性关系分析智慧文(中石化西南油气分公司工程技术研究院，德阳四川618000)摘要:利用地层倾角测井资料分析了元坝地区地应力方向，该区地应力方向为近东西向;在此基础上，分析了地应力方向与水平井井壁稳定性的关系，研究表明水平段方位沿着水平最大地应力方向，

2、坍塌压力达到最低、破裂压力较高，井壁稳定性好。关键词:水平井;地应力方向;井壁稳定性中图分类号:TE243文献标识码:A地应力在油气勘探开发、钻井工程和储层改造等方面有着广泛的应用。分析地应力方向能预测有效裂缝发育带分布情况，分析钻井过程中井壁稳定性，还可以分析评价储层压裂改造效果。在水平井钻井过程中，水平段方位与地应力方向的关系和井壁稳定性有密切关系，文中通过分析元坝地区地应力方向，结合坍塌压力、破裂压力等井壁稳定性研究成果，分析元坝长兴组水平井井眼方位与井壁稳定性的关系，为该区水平井钻完井设计提供依据。1地层倾角测井分析地应力方向方法地应力方向测量方法较多，常用的主要有波速各向异性法、粘滞

3、剩磁法、测井资料(成像、地层倾角)井眼崩落法、天然地震资料以及有限元模拟等。本次研究根据地区资料情况，主要采用地层倾角测井识别法。确定地应力方向的原理为应力各向异性可导致井壁崩落，其崩落方向与区域最小水平主应力方向一致。因此，根据井眼崩落的方位、形状可确定区域现今最小水平主应力方向。利用地层倾角测井资料可观测到井眼崩落方位，主要是利用地层倾角测井上的双井径曲线及 1 号极板方位曲线，确定井眼的扩径方向，而井眼的扩径方向与现今最小水平主应力方向一致，与最大水平主应力方向垂直(图 1)。图 1井眼崩落方向与地应力方向示意图2元坝地区地应力方向特征利用元坝地区多口井地层倾角测井资料开展井眼崩落地应力

4、方向研究。元坝 井纵向各层位最小水平主应力分析结果图(图 2)表明，沙溪庙组到自流井组最小水平主应力方向主体为 NNE 向，约为8 32;长兴组最小水平主应力方向为29;飞仙关组最小水平地应力方向较大，为 40 42。纵52新疆石油天然气2012 年向上主体方位均为 NE 向。图 2元坝 井纵向各层位最小水平主应力方向分析结果图综合而言，元坝地区纵向各层位最小水平主应力方位不尽一致，但同时也存在一定规律性(表1)。陆相地层沙溪庙组到须家河组最小水平主应力方位整体是一致的，均呈 NNE 向，且平面上各井的方位也基本保持一致，个别略微发生偏转。海相地层，雷口坡组、嘉陵江组、飞仙关组和长兴组主体方位

5、呈 NNE NE 方向。表 1元坝地区各层位地应力方向统计表层位最小水平主应力方位最大水平主应力方位备注J2s20 4110 4J2q17 9107 9J1z20 3110 3T3x16 2106 2T1f40 2130 2P2ch21 1111 1水平最小、最大主 应 力 方位主 体 保 持一致3地应力方向与水平井井壁稳定性关系定向井、水平井井壁稳定特征之所以与直井有所区别，主要原因是井眼轴线与地应力坐标不平行，造成井壁应力与直井不同。因此定向井、水平井井壁稳定研究需要首先进行井斜不等于 0状态下井壁应力分布。从一般情况考虑出发，首先分析井壁应力状态。当井眼形成后，设其井斜角为，相对方位角为

6、(井斜方向与最大水平地应力方向夹角)。建立井眼直角坐标 xyz 与地应力直角坐标 H1H2v关系如图 3 所示。井眼坐标满足右手定则，其中 x 轴在水平面内，y 轴指向井眼高边方向，z 轴为井眼轴向。图 3井眼坐标与地应力坐标关系求解图 3 所示井眼条件下井壁应力状态，可得井壁所受有效主应力为一径向主应力 er和另外两个切62第 8 卷第 2 期智慧文:元坝地应力方向与水平井井壁稳定性关系分析向主应力 e1m、e2m所构成，即:er=103mghv Ppe1m=12(+z)+14(+z)2+2槡z Ppe2m=12(+z)+14(+z)2+2槡z Pp式中:m为井内钻井液密度，g/cm3;g

7、为重力加速度，m/s2;hv为计算点垂直深度，m;Pp为计算深度点地层孔隙压力，MPa;为 Biot 弹性系数，无量纲;为泊松比，无量纲。对三轴应力进行比较就可以获得判断准则所需要的井壁最大、最小有效主应力，可以进行任意井眼状态下地层的坍塌压力和破裂压力分析。由于地应力分量大小各不相同，井眼轨迹对井壁稳定性影响较大。图 4 为元坝 井长兴组地层坍塌压力、破裂压力与井斜、方位之间相互关系图。图中，箭头指示为最大水平地应力方向为 116;图面为极坐标表示，各同心圆指示井斜角大小，方位角以北为 0，并按顺时针计算。图 4元坝 井坍塌压力、破裂压力和裂缝延伸压力与井斜、方位关系图图 4为坍塌压力的井斜

8、、方位关系图，图中显示，直井坍塌压力较高，在 1 33g/cm3左右;水平井中，沿最大水平地应力方向钻进坍塌压力最低，为0 85g/cm3左右，沿最小水平地应力方向，坍塌压力最高，为 1 41g/cm3左右。图 4所示为地层破裂压力随井斜、方位的变化关系。图示反映，地层起裂压力直井最低，为2 7g/cm3左右。水平井起裂压力高于直井，沿最大水平地应力方向，起裂压力达到 3 2g/cm3，沿最小水平地应力方向，起裂压力也在 4 2g/cm3以上。整体上，长兴组地层内直井坍塌压力偏高、破裂压力偏低，水平井坍塌压力偏低、破裂压力偏高，水平井安全钻井液密度窗口较直井大;且在最大水平地应力方向，坍塌压力

9、达到最低、破裂压力较高，井壁稳定性好，施工过程中井壁坍塌和漏失风险最小，是工程设计中优先选择的钻进方位。4结论(1)通过倾角测井资料分析元坝地区地应力方向，该区各层位最大水平主应力方向变化很小，地应力主体方位为 SEE110 10。(2)通过对地应力方向与水平井井壁稳定性关系分析，元坝长兴组水平井方位在最大水平地应力方向，坍塌压力达到最低、破裂压力较高，井壁稳定性好，为钻完井工程设计优化提供依据。参考文献:1 吴超，等 区域油田地应力及井壁稳定性综合预测方法 J，断块油气田，2011，18(6):705 709 2 智慧文，等 应用测井资料分析川东北地区地应力方向 J，内蒙古石油化工，2011

10、，37:94 9672Vol 8 No 2Jun 2012Xinjiang Oil Gas(Edition of Natural Science)Key Words:evaluation and prediction of reservoir，carbonate rocks，ration of reservoirs and layers，EasternLugu region，Tarim basinRESEARCH ON APPLICATION OF THE THREE DIMENSIONAL GEOLOGICAL MODEL TOLOW POROSITY，LOW PERMEABILITY，TH

11、IN OIL LAYER AND THE GEOLOGICAL DESIGNOF THE WELLS/Hu Xinping No 2 Oil Production Plant，XinJiang Oilfield Company，karamay XinJiang，834008/Xinjiang ShiYou TianRan Qi，2012，8(2):17 21Abstract:The key technolog of the Geological Design of the Horizontal Wells in the thin oil field is the buildingof the

12、fine Three dimensional Geological Mode，then the definite geological target can be defined，andappropriate drillinig trace can be designed By using the material of the three dimensional seismic，well drilling，logging and well borehole，the optimization of the northeast thin oil reservoir area of the low

13、er Karamay Fmreservoir in the 530 well field was used as the area of horizontal evaluation well Based on the fine explanation ofthe structure，inversion of reservoir，sedimentary faces and the Rolling Exploration，by restricting the material ofthe drelled straight well，the model of the fine structure i

14、nterpretation of the major sand layer and the model ofthe effective height were established，the feature of more than 0 5m thin reservoir had been depicted，and theGeological Design of the horizontal well had been accomplished，and the favorable effectiveness had beenacquiredKey Words:Three dimensional

15、 Geological Model;oil sheet;horizontal wellOVERALL MERIT ON CHANG No 8 OIL ROCK LOGGING OF ZHENJING OIL FIELD/HuangHUa Logging Company of North Petroleum Bureau/Xinjiang ShiYou TianRan Qi，2012，8(2):22 24Abstract:The hydrocarbon in Chang No 8 oil sand，with the Fluorescence of the oil patch oil immers

16、ion inrock cuttings，has been detected in Zhenjing oil field The oil sand，with general thickness of 10 25m，ismainly contained fine sand Oil and gas characteristics are various in different areas Through the analysis ofthe distribution，sedimentary facies and the relative geological characters in Chang

17、 No 8 sand，such as thelithological properties，the fracture and the gas measure，the results suggest that the oil test should be carried outin the sands，with the lowest Fluorescence display of the oil patch The effective thickness of the sands，developed in the favorable sedimentary facies and，are more

18、 than 10m Meanwhile，the sands possessed theexcellent assemblage of the fractureKey Words:Zhenjing Chang No 8;Sedimentary facies;Geological feature;Gas measure displayANALYSIS OF RELATIONSHIP BETWEEN STRESS DIRECTION AND HORIZONTAL WELLBOREHOLE STABILITY IN YUANBA/Zhi HuiwenEngineering Technology Ins

19、titute of Southwest PetroleumBranch，SINOPEC，Deyang，Sichuan，618000;/Xinjiang ShiYou TianRan Qi，2012，8(2):25 27Abstract:The paper uses dip log data analysis of stress direction of the Yuanba region The stress direction isnear east west orientation On this foundation，the relationship of stress directio

20、n and horizontal well boreholestability is anaylzed When horizontal orientation along the maximum horizontal stress direction，collapsingpressure reaches a minimum and fracture pressure is higher and borehole stability is bestKey Words:horizontal well;stress direction;borehole stabilityXINJIANOILFIEL

21、D AIKE 1 WELL FOUR OPEN PERIOD OF NITROGEN GAS DRILLINGMETHOD/Wei Qiang，linjing，YangHong，ea al Drilling Research Institute ofCNPC Xibu Drilling EngineeringCompany Limited，Klmy，Xinjiang/Xinjiang ShiYou TianRan Qi，2012，8(2):28 34Abstract:Nitrogen gas drilling as a special underbalanced drilling method

22、，Can drill in a low rate，Sidewallstability good strata obtain the ideal effect of speed In this article，through analyzing the complex characteristicsin the Xinjiang oilfield Aike one well four open section windy city formation and the forecast of drilling difficulty，From drilling feasibility analysi

23、s of nitrogen，four open periods of nitrogen gas drilling technology is establishedCombined with the practical results，the key technical measure to increase drilling speed in this area which needsconsidering is analyzedKey Words:four open section;Nitrogen gas drilling;Sidewall stability;windy city formation