川西坳陷须家河组探井地应力解释与井壁稳定性评价

摘要

川西坳陷须家河组天然气资源丰富，已有的油气勘探开发成果表明了该气藏具有良好的天然气勘探开发前景。但由于川西须家河组地质条件复杂，地层超高压异常，泥页岩易坍塌，且天然裂缝发育，导致一系列井下复杂问题发生，严重影响钻井工程进度及压裂施工等，制约了整个须家河组气藏勘探开发评价工作。 国内外已有的研究表明，井下复杂问题的产生与其地区的地应力关系密切。本论文针对研究区须家河组地层钻完井中出现的复杂井下情况，以石油地质学、构造地质学、地球物理测井、储层地质学、岩石力学、岩体力学、钻井工程、油气储层改造、油气藏工程学等多学科理论和方法为指导，从岩石基本物理特征分析入手，开展了模拟地层条件下的岩石力学参数试验、地应力解释、三大压力建立及井壁稳定性评价。 研究结果表明，饱水岩样波速度大于干燥岩样波速，相同饱和流体介质条件下，波速与岩石粒度成反比，同时利用实测纵横波数据采用最小二乘法进行二项式拟合获得研究区横波时差计算公式；采用粘弹性频散方程，实现不同频率声波之间的转换，解决了岩电对应性问题，直接建立起模拟地层温度、压力及饱和流体性质下的岩石力学强度参数、弹性参数解释模型及动静转换关系式；在区分岩性的基础上，考虑泥质含量对岩石抗压强度的影响，建立起模拟地层条件下砂岩、泥岩抗压强度测井解释评价方法，解决了岩石抗压强度测井解释难的问题，同时形成了岩石力学参数试验-测井解释评价方法体系。 根据试验结果，采用非线性拟合方法建立起岩石孔隙弹性系数解释方法；采用人工取点，利用等效深度法建立起研究区地层压力解释图版，并探索Eaton 法、有效应力法解释地层压力；通过声发射、波速各向异性测试、粘滞剩磁试验、差应变测试、特殊测井、压裂施工资料反演，获得了须家河组地应力值的大小及方向，现今水平最大主应力方向总体上为近东西向，平面上不同构造部位略有转变； 在比较各测井地应力计算模式的基础上，选用ADS 法计算地应力剖面，利用压裂资料反演地应力结果校正，获得了较为可靠的地应力剖面。 采用岩心刻度测井有效地识别裂缝，并利用R/S 法进行单井裂缝识别，划分出完整井壁与非完整井壁，分析井壁崩落规律；选用库仑—摩尔强度准则，以实钻钻井液密度修正井壁岩石非线性应力系数，建立起地层坍塌压力评价方法；结合粘土矿物成分分析、泥页岩膨胀试验、分散性试验等开展泥页岩水化研究，讨论和评价了模拟地层条件下不同岩样尺度钻井液浸泡对岩石力学性质的影响，以及力学与化学耦合对岩石力学性质的影响；结合岩心测试、现场测试及实钻资料统计分析，对岩石力学强度解释剖面、地应力解释剖面、地层压力解释结果以及地层破裂压力、坍塌压力剖面进行验证，结果表明所建立的剖面解释精度高，与实钻情况符合程度较高，预测结果具有较高的可靠性。 论文研究中形成了一套从岩石力学参数解释、岩石孔隙弹性系数评价、地层孔隙压力解释、地应力解释、破裂压力评价、坍塌压力解释、到结合实钻资料验证综合分析评价单井岩石力学、地应力及井壁稳定性的工程地质特征综合研究方法技术体系。论文研究成果为加强研究区须家河组钻完井工程工艺技术应用研究、确保钻井工程科学、高效、安全施工以及压裂改造等措施开展提供了强有力的技术支撑。论文研究方法与技术手段对同类型气藏研究具有借鉴意义。