密井网浅层套损危害体识别方法
专利汇可以提供密井网浅层套损危害体识别方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种密井网浅层套损危害体识别方法。该方法包括下列步骤：（1）确定浅层套损高压区压 力 源，由此确定可能存在危害体；（2）结合区域地质构造特征、砂体分布状况，确定出是否存在储集体，由此确定存在危害体；（3）浅层钻井危害体形成机理分析；（4）地 应力 预测与计算；（5） 岩石 力学参数测试；（6）浅层钻井危害体识别与地 层压 力预测工程应用。该方法准确预测出危害体范围、深度及浅层压力系数，为浅层套损区钻井提供准确、翔实的地质数据，以此为依据，制定该区 块 安全钻井方案，为老油区安全快速钻井提供有力保证。，下面是密井网浅层套损危害体识别方法专利的具体信息内容。
1.一种密井网浅层套损危害体识别方法，该方法包括下列步骤：
密井网浅层套损危害体识别方法通过浅层钻井危害体形成机理分析、地应力预测与计算和岩石力学参数测试，根据目标区域地质构造特征、砂体分布状况、测井和录井资料，建立研究区域地质模型，并确定相应边界条件，运用数值模拟方法，预测地层压力异常情况和地层应力分布情况，识别目标区域钻井危害体，并确定危害体影响范围，以此为依据制定钻井对策：
（1）确定浅层套损高压区压力源，由此确定可能存在危害体：
A、浅层套损后，注水井长期往浅层井段注水；
B、下部油层高压油气通过套管内环空，在浅层套损点外漏进入上部地层；
C、下部地层高压油气通过套管外空间向上部运移；
（2）结合区域地质构造特征、砂体分布状况，确定出是否存在储集体，由此确定存在危害体；
（3）浅层钻井危害体形成机理分析：
通过以往取心、密度测井等资料进行实验和测试；
A、泥页岩层浅层钻井危害体：
垂直于地层层理的浸水试验：利用X-Ray检测岩心中含水饱和度的变化是目前比较成熟的技术，根据岩样浸水前后的X-Ray值可以判断水的位置，再由测量的时间，就可以计算出泥岩的浸水速度，从试验结果可知：泥岩的浸水参数：泥岩浸水强度、浸水深度和浸水速度，主要受盖层孔隙压力之差的影响；
沿泥页岩层理界面浸水试验：沿垂直于泥岩层理界面方向和沿泥岩层理界面方向的浸水试验，说明了泥岩的浸水速度随浸水时间的增加而减慢，直至浸水速度为零，浸水速度和浸水深度均为注水压差的函数，压差越大，浸水速度和浸水深度也越大；
泥岩含水量对其力学特性的影响：不同类型的泥页岩其内聚力和内摩擦角的大小有很大差别，但浸水后其内聚力和内摩擦角都有很大程度的降低，曲线的斜率大小说明岩样对浸水的敏感程度；
泥页岩钻井危害体形成机理：注入压力超过泥页岩层的破裂压力，水侵范围为裂缝长度与浸水长度之和；
起裂模型： Terzaghi模式、史蒂芬模式、黄荣樽模式；
水平缝起裂模式：当注水压力超过水平缝起裂压力时，泥页岩层首先起裂，形成水平裂缝，并储集流体，形成浅层钻井危害体；
B、独立砂体浅层钻井危害体：
地应力来源于残存的古构造应力、地层的上覆重力、大陆板块的运动碰撞、地层中的水压力梯度等；因此地应力是地下岩体中客观存在的内应力；在地下的岩体中存在着三个在方向上相互垂直的主地应力，即由岩体自重引起的垂向地应力σv 和两个水平方向的主地应力σH和σh；
一般情况下，三个主应力是不相等的；
地应力计算模型：
垂向地应力计算模型：
瑞士地质学家Heim认为垂向地应力σv是由上覆地层重力引起的，它是随着地层密度和深度而变化的，因此可用密度测井资料来求出垂向地应力：
（3-1）
式中： h为地层埋藏深度； 为地层密度随地层深度h变化的函数；g为重力加速度；
水平地应力计算模型：金尼克模式、Mattews 和Kelly模型、Terzaghi模型、Anderson模型、 Neberry模型、两向不等地应力模型；
假设地层向单方向挤压得出的原地最小主应力，单向挤压的结果就是地层在一个方向上受构造应力作用，而另一个方向上没有构造应力，构造应力在各个方向上都基本存在，而且是不相等的，地应力大小的关系式：
地应力计算结果：运用密度测井资料和深度资料，可以得到各深度地应力值；
岩石力学参数测试：
抗拉强度试验：测量出岩石抗张强度；
单轴和三轴应力试验：测量出不同围压下岩石的抗压强度、泊松比和弹性模量等参数；
在独立砂体中只考虑渗流问题；
（4）浅层钻井危害体数值模拟分析：
有限单元法是目前在工程技术领域内常用的数值模拟方法，有限单元法的基本思想是将问题的求解域划分为一系列单元，单元之间仅靠节点连接；单元内部点的待求量可由单元节点量通过选定的函数关系插值求得；由于单元形状简单，易于由平衡关系或能量建立节点量之间的方程式，然后将各个单元方程“组集”在一起而形成总体代数方程组，计入边界条件后即可对方程组求解；
渗流理论：有限单元法求解渗流问题的方法和相关方程为：
广义达西定律、基本方程、问题的离散化、三维多孔介质流固耦合系统的有限单元格式；
三维弹性动力学的基本方程为：
运动方程：
（在 域内）
几何方程：
（在 域内）
物理方程：
边界条件：
（在 边界上）
（在 边界上）
初始条件
（在 域内）
（在 域内）
式中， 为质量密度， 为阻尼系数， 和 分别为i方向的速度和加速度；
综合上述，可以得到多孔介质流固耦合系统的有限元求解方程为：
A、泥页岩层数值模拟分析：
上下层位为砂岩层，中间层位为泥页岩层，通过前期测试和实验获得材料参数和地应力值，边界设置中设定底面固定约束，其余面按地应力值设置为应力边界；模型中泥页岩层位流场采用裂缝流，设置缝面粗糙度系数；泥页岩浸水后其内聚力和内摩擦角都有很大程度的降低，当注入压力压力大于泥页岩层破裂压力时，泥页岩层理张开扩展，直至压力小于泥页岩层理起裂压力；在泥页岩层理张开的区域由于压力降的原因，将形成一个浅层套损危害体；
采用自由四面体网格剖分模型，通过有限元分析计算，通过建模软件得到泥页岩层理张开情况及浅层套损危害体压力分布情况；B、独立砂体数值模拟分析：
地层中间存在着一个独立的砂体，形状近似为椭圆柱体形状，独立砂体的渗透率、孔隙度均大于周围地层，具有独立的弹性模量；通过前期测试和实验获得材料参数和地应力值，边界设置中设定底面固定约束，其余面按地应力值设置为应力边界；模型中流场采用达西渗流，独立砂体和总体地层设置不同的渗透率、孔隙度、弹性模量；采用自由四面体网格剖分模型，经有限元分析计算，通过建模软件得到浅层套损危害体压力分布情况。
密井网浅层套损危害体识别方法
技术领域
背景技术
发明内容
（1）确定浅层套损高压区压力源，由此确定可能存在危害体：
A、浅层套损后，注水井长期往浅层井段注水；
B、下部油层高压油气通过套管内环空，在浅层套损点外漏进入上部地层；
C、下部地层高压油气通过套管外空间向上部运移；
（2）结合区域地质构造特征、砂体分布状况，确定出是否存在储集体，由此确定存在危害体；
（3）浅层钻井危害体形成机理分析：
通过以往取心、密度测井等资料进行实验和测试。
泥页岩钻井危害体形成机理：注入压力超过泥页岩层的破裂压力，水侵范围为裂缝长度与浸水长度之和；
起裂模型： Terzaghi模式、史蒂芬模式、黄荣樽模式；
水平缝起裂模式：当注水压力超过水平缝起裂压力时，泥页岩层首先起裂，形成水平裂缝，并储集流体，形成浅层钻井危害体；
B、独立砂体浅层钻井危害体
地应力来源于残存的古构造应力、地层的上覆重力、大陆板块的运动碰撞、地层中的水压力梯度等。因此地应力是地下岩体中客观存在的内应力。在地下的岩体中存在着三个在方向上相互垂直的主地应力，即由岩体自重引起的垂向地应力σv 和两个水平方向的主地应力σH和σh。一般情况下，三个主应力是不相等的。
瑞士地质学家Heim认为垂向地应力σv是由上覆地层重力引起的，它是随着地层密度和深度而变化的，因此可用密度测井资料来求出垂向地应力：
（3-1）
式中： h为地层埋藏深度； 为地层密度随地层深度h变化的函数；g为重力加速度。
地应力计算结果：运用密度测井资料和深度资料，可以得到各深度地应力值。
（在 域内）
几何方程：
（在 域内）
物理方程：
边界条件：
（在 边界上）
（在 边界上）
初始条件
（在 域内）
（在 域内）
式中， 为质量密度， 为阻尼系数， 和 分别为i方向的速度和加速度。
上下层位为砂岩层，中间层位为泥页岩层，通过前期测试和实验获得材料参数和地应力值，边界设置中设定底面固定约束，其余面按地应力值设置为应力边界。模型中泥页岩层位流场采用裂缝流，设置缝面粗糙度系数。泥页岩浸水后其内聚力和内摩擦角都有很大程度的降低，当注入压力压力大于泥页岩层破裂压力时，泥页岩层理张开扩展，直至压力小于泥页岩层理起裂压力。在泥页岩层理张开的区域由于压力降的原因，将形成一个浅层套损危害体。
图1是一个压力源时的地层压力分布图；
图2是距离压力源不同位置的压力分布图；
图3是两个压力源时的地层压力分布图；
图4是两个压力源时的高压区危害体压力分布图；
图5是三个压力源时的地层压力分布图；
图6是三个压力源时的高压区危害体压力分布图；
图7是泥页岩层物理模型；
图8是整体地层的压力分布图；
图9是垂向上泥页岩层理张开的范围图；
图10是水平方向上泥页岩层理张开图；
图11是水平方向上泥页岩层理压力分布图；
图12是距离压力源不同位置的压力图；
图13是密度-井深回归曲线图；
图14是高173-152井区区域地质结构及压力源分布图；
图15是高173-152井区区域流固耦合有限元分析模型；
图16是高173-152井区浅层危害体分布范围及地层压力分布云图；
图17是高173-152井地层压力分布等值线图；
图18是中71-p031井区区域地质结构及压力源分布图；
图19是中71-p031井区浅层危害体分布范围及地层压力分布云图；
图20是西2断块高429-27井区区域地质结构及压力源分布图
图21是西2断块高429-27井区垂向应力分布云图和等值线图；
图22是西2断块高429-27井区浅层危害体分布范围及地层压力分布云图；
图23是杏12-4-p3712井区区域地质结构及压力源分布图；
图24是杏12-4-p3712井区浅层危害体的范围和压力云图。
密井网浅层套损危害体识别方法通过浅层钻井危害体形成机理分析、地应力预测与计算和岩石力学参数测试，根据目标区域地质构造特征、砂体分布状况、测井和录井资料，建立研究区域地质模型，并确定相应边界条件，运用数值模拟方法，预测地层压力异常情况和地层应力分布情况，识别目标区域钻井危害体，并确定危害体影响范围，以此为依据制定钻井对策：
（1）确定浅层套损高压区压力源，由此确定可能存在危害体：
A、浅层套损后，注水井长期往浅层井段注水；
B、下部油层高压油气通过套管内环空，在浅层套损点外漏进入上部地层；
C、下部地层高压油气通过套管外空间向上部运移；
（2）结合区域地质构造特征、砂体分布状况，确定出是否存在储集体，由此确定存在危害体；
（3）浅层钻井危害体形成机理分析：
通过以往取心、密度测井等资料进行实验和测试。
泥页岩钻井危害体形成机理：注入压力超过泥页岩层的破裂压力，水侵范围为裂缝长度与浸水长度之和；
起裂模型： Terzaghi模式、史蒂芬模式、黄荣樽模式；
水平缝起裂模式：当注水压力超过水平缝起裂压力时，泥页岩层首先起裂，形成水平裂缝，并储集流体，形成浅层钻井危害体；
B、独立砂体浅层钻井危害体
地应力来源于残存的古构造应力、地层的上覆重力、大陆板块的运动碰撞、地层中的水压力梯度等。因此地应力是地下岩体中客观存在的内应力。在地下的岩体中存在着三个在方向上相互垂直的主地应力，即由岩体自重引起的垂向地应力σv 和两个水平方向的主地应力σH和σh。一般情况下，三个主应力是不相等的。
瑞士地质学家Heim认为垂向地应力σv是由上覆地层重力引起的，它是随着地层密度和深度而变化的，因此可用密度测井资料来求出垂向地应力：
（3-1）
式中： h为地层埋藏深度； 为地层密度随地层深度h变化的函数；g为重力加速度。
地应力计算结果：运用密度测井资料和深度资料，可以得到各深度地应力值。
（在 域内）
几何方程：
（在 域内）
物理方程：
边界条件：
（在 边界上）
（在 边界上）
初始条件
（在 域内）
（在 域内）
式中， 为质量密度， 为阻尼系数， 和 分别为i方向的速度和加速度。
上下层位为砂岩层，中间层位为泥页岩层，通过前期测试和实验获得材料参数和地应力值，边界设置中设定底面固定约束，其余面按地应力值设置为应力边界。模型中泥页岩层位流场采用裂缝流，设置缝面粗糙度系数。泥页岩浸水后其内聚力和内摩擦角都有很大程度的降低，当注入压力压力大于泥页岩层破裂压力时，泥页岩层理张开扩展，直至压力小于泥页岩层理起裂压力。在泥页岩层理张开的区域由于压力降的原因，将形成一个浅层套损危害体。
压力源为水131和水231井，通过地质结构分析，确定南二区高173-152井区为独立砂体危害体，注入流体直接进入砂体，逐步储存，压力逐渐升高且扩散，导致浅层砂体形成异常高压。模型中实体，应力-应变部分假设地层为线性弹性，边界设置中设定底面固定约束，其余面按地应力值设置为初始应力边界。模型中流场模拟部分采用达西定律，设置上下层面为遮挡层，四周面设置为远场地层压力，砂体内高渗透，四周遮挡层低渗透，调整压力源的压力边界条件，使异常压力区的预测压力值和加密井的压力监测值误差相近，算出砂体中各节点的应力和渗流压力。建立区域流固耦合有限元分析模型。采用自由四面体网格剖分模型，以预测的地层压力值和加密井的监测压力值误差小于5%为定解条件，通过有限元模拟计算，识别出目标区域钻井危害体，并确定才出危害体影响范围和压力大小。
模型首先采用结构力学分析，假设地层为线性弹性，边界设置中设定底面固定约束，其余面按地应力值设置为应力边界，分析该地质结构引发的应力变化。建立区域流固耦合有限元分析模型。采用自由四面体网格剖分模型，通过有限元分析计算，识别出目标区域钻井危害体，并确定才出危害体影响范围和压力大小。
10井区东西方向发育2条断层，砂岩受到断层遮挡，使高压区局限在断层之间。形成浅层危害体。由于中7-更10井得套损类型为外漏，因此认为该井为形成高压区的主要压力源，其余三口井为次要压力源。通过对密井网浅层套损危害体识别，确定危害体边界应在距中
7- 10、中7-更10、高145-37、373井250米以内，深度在160-260米，压力在1.55-1.1.75g/ cm3。对于布在危害体上的6口井，通过采取不同的加重井深和密度设计、适当增加表层下深、下技术套管、原井眼泄压、采用绕障定向避开套损危害体等对策，全部钻井成功。
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