葡北二斷塊套損區注水井地層破裂壓力計算

目前，有許多關于計算地殼破裂壓力的理論模型（公式），如國外的伊頓公公式、美國的安德烈公式、中國的黃公式和馮公式。這些理論模型有兩個有限。首先，在模型中，地層間隙壓力、地層強度、結構應力系數、層泊松比和其他參數的提取過程復雜，往往不確定。其次，該模型不能適應當前地層的情況，需要使用改進和補充。在計算礦山層破裂壓時，將地層破裂壓視為一個只隨層深度變化而變化的函數。該模型主要適用于不受地質構造運動影響的連續沉積盆地，即適應水平均勻的地應力。其水平地應力僅來自上臂巖層的重力作用，在油田的水井開采過程中，尤其是在多井壓庫中，地應力變化顯著。如果模型中的地層破裂壓僅被視為覆蓋巖石壓力函數的模型，則無法正確預測鉆頭的破裂壓。因此，在計算地殼破壞壓的模型中，不僅反映了上升巖壓力，還反映了地質構造因素。1利用地表因數進行抗張強度預測地層破裂壓力不僅與上覆巖壓力有關,而且還與地層孔隙壓力、地層構造因素、巖石的抗張強度有關.在建立模型過程中,為了計算和應用方便,筆者把描述與地質構造因素相關的參數統一用地層因數η來描述.預測地層破裂壓力模型為式中:pf為地層破裂壓力;pP為地層孔隙壓力;S為上覆巖壓力;St為巖石抗張強度;η為地層因數.2參數確定2.1抗張強度調整在壓裂過程中當地層被壓裂后,突然停泵讓裂縫閉合,此時破裂壓力為瞬時停泵壓力ps,然后再開泵使裂縫重新張開,重新開啟壓力pr.地層破裂壓力與重新開啟壓力之差可近似地認為是地層的抗張強度St,即2.2上覆巖壓力的計算密度測井曲線可以比較真實地反映地下巖石的體密度隨其埋藏深度的變化規律,是求取上覆巖壓力最為理想的資料;但有時難以獲得完整的全井密度測井曲線.所以無法應用實測地層密度測井曲線計算上覆巖層壓力.筆者通過壓裂施工曲線,運用實測地層破裂壓力,反演、擬合得出地層密度曲線,進而計算上覆巖壓力.根據式(1)可得由式(3)化簡得因為地層密度ρ是地層深度H的函數,并且符合關系:式中:a,b為常數.將式(5)對H積分得上覆巖壓力為式(6)中S的單位為kg/m2,轉化為MPa可得設2組破裂層位的中部深度分別為H1,H2,則上覆巖壓力分別為整理得式中:A=0.0098·(pf1-pP1-St1)·(H2·lnH2-H2)-0.0098(pf2-pP2-St2)·(H1·lnH2-H1);B=0.0098·H2·(pf1-pP1-St1)-0.0098·H1(pf2-pP2-St2);C=pP2(pf1-pP1-St1)+pP1(pf2-pP2-St2).應用最小二乘法可擬合出a,b.根據式(7)可計算不同深度地層密度.2.3地層因數確定一個地區的地層因數,可以通過壓裂施工曲線,運用實測破裂壓力,根據式(1)反算得出.2.4層的空隙壓力模型中應用的地層孔隙壓力,對于水井來說,是水井靜壓,可通過實測水井靜壓獲得.3計算示例3.1油層破裂壓力計算壓裂施工曲線中記錄的破裂壓力,實際上是地面泵壓,如要獲得地層破裂壓力pf,就需要通過地面記錄的泵壓求出油層實際破裂壓力.地層破裂壓力與地面泵壓的關系為式中:pB為油層破裂時地面泵壓;pj為壓裂管柱靜液柱壓力;pm為壓裂液通過油管的沿程摩阻;pU為壓裂液在射孔孔眼處的摩阻.其中pj,pm,pU可從采油工藝手冊中查得.3.2孔隙壓力的計算運用葡北二斷塊套損區實測破裂壓力pf實數據(表1),據式(11),擬合出a,b,得到該區塊的上覆巖層壓力為通過實測水井靜壓獲得該塊地層孔隙壓力pP,其結果見表2.3.3壓裂施工曲線讀取抗張強度實驗驗證為了驗證模型的正確性,選取4口井4個層位的巖心進行巴西劈裂抗拉實驗,通過此實驗確定該層位巖石抗張強度St實,并與通過壓裂施工曲線讀取的抗張強度St讀進行對比驗證.實驗結果與壓裂施工曲線讀取的抗張強度對比見表3.據表3可知,4個層位巖心讀取的抗張強度與實測抗張強度平均相對誤差為4.23%,誤差能夠滿足工程計算要求,說明應用壓裂施工曲線法所得地層抗張強度是合理可行的.應用此方法獲得該斷塊各層位巖石抗張強度,并應用式(1)和實測破裂壓力數據反算地層因數,其結果見表4.3.4礦場經驗方法及預測模型預測的精度對比目前現場普遍采用礦場經驗方法,其計算公式為用文中地層破裂壓力預測模型和式(14)的預測結果與pf實對比,其結果見表5.由表5可知,礦場經驗方法預測的平均絕對誤差為1.71MPa,該預測模型預測的平均絕對誤差為0.35MPa,因此其預測精度較礦場經驗方法的預測精度有較大提高.4利用反演擬合上覆巖壓力(1)基于多因素計算注水井破裂壓力的方法優于礦場只考慮上覆巖壓力計