渗流诱发套损机制与数值计算

油田套损是石油工程中的一大技术难题,多年来困扰着各油田。大量的现场调查和理论分析表明,油田套损与油藏渗流场动态变化密切相关。无论是剪切套损、拉伸套损还是挤压套损,都是渗流引起应力场调整,最终导致套管受力损伤。基于油藏流固耦合理论,分析了油田渗流诱发套损的机制,建立了油藏渗流-应力耦合计算的数学模型,并介绍了利用流固耦合进行套损预测计算的算例,对于套损防控具有重要的理论指导意义。     

砂岩油藏地应力及岩石力学参数与套管损坏相关性

XMAC测井仪能够在井下进行连续测量, 不仅能测得储层各沉积单元的最大和最小水平主应力以及最大水平主应力方位, 而且可以取得密度、破裂压力、泊松比、杨氏模量、剪切模量等岩性及力学参数, 从而有助于研究储层纵横向岩石力学特征, 进而为确立地应力与套管损坏之间以及岩石力学参数与套管损坏之间的相关性提供技术支持。研究结果显示, 与非套损区对比, 标准层成片套损区的主应力及破裂压力很高, 泊松比很大, 剪切模量很小, 这种力学特征可用来确立标准层成片套损区的形成或存在; 与正常井区相比, 油层部位套损集中区的主应力及破裂压力偏高, 泊松比比较大, 剪切模量比较小, 主应力方位发生偏转, 可利用这种力学特征判断油层部位套损集中区的形成或存在; 破裂压力变高、泊松比变大、剪切模量变小、差异应力较大是导致标准层部位发生套损的内在原因, 而区域之间的平面应力差异是导致标准层部位发生套损的外在推动力; 泊松比大、剪切模量小、破裂压力高等岩石本身力学特征是油层部位发生套损的内因, 而地应力场和地层压力场的改变是油层部位发生套损的外因, 油层部位套管损坏是内因、外因共同作用的结果。      

低渗油气储层物理参数解释模型——以宝浪油田煤系粗粒低渗储层为例

为了建立宝浪油田粗粒低渗储层的精确渗透率解释模型,从储层物性的影响因素分析入手,确定影响此类储层物性的关键属性参数.从表征岩石结构参数的流动带指数的角度建立了孔隙度和渗透率的关系模型,逐步建立以测井数据为基础的流动单元的判别函数.在流动单元判别的基础上,根据孔隙度和渗透率的关系模型进行了从测井数据到渗透率参数的计算.宝浪油田三工河组储层Ⅲ油组划分出5类流动单元类型,在流动单元控制下解释的储层渗透率值,经实际应用能够满足储层精细描述的要求.     

中原油田高压注水诱发的油水井套管损坏原因分析

中原油田高压注水开发35年,套管损坏严重,严重的影响了油田的开发效果。据研究,油田水井套管损坏主要有错断、变形及破漏等三类,平面上主要分布在断层发育区、高地层水矿化度区、泥岩层和盐膏层发育区,剖面上主要分布在盐膏层段和主力生产井段。提出断层活动、地应力非均质演化、盐岩蠕变、油田开发历程和开采方式及油气流场、化学场演化是中原油田套损的主要控制因素,建立油田油藏油井多参数动态模式,优选与油藏模式匹配的开采方式及增产措施,改造套管动力学环境和化学环境将能防治套损地质灾害的发生。     

嫩江组二段底部标志层岩石矿物学特征与成片套损因素新认识

大庆油田嫩江组二段底部与嫩江组一段顶部成片套损严重，从前一直认为泥岩吸水膨胀、蠕变是导致成片套损的主要因素。成片套损位置研究发现，嫩江组二段底部与嫩江组一段顶部成片套损实际集中于嫩江组二段底部标志层内，而嫩江组二段底部标志层岩石矿物学特征综合研究结果表明，其不含遇水膨胀的蒙脱石，且粘土矿物含量也低于其上下相邻岩石，表明其遇水膨胀与蠕变较弱，岩石遇水膨胀与蠕变不会构成成片套损的主要原因。嫩江组二段底部标志层岩石岩心观察描述、镜下鉴定、矿物成分综合测试和岩石强度性质研究发现，嫩江组二段底部标志层泥岩为富含长英质的质地坚硬岩石，含粘土矿物较少，不含蒙脱石，岩石吸水能力差、膨胀与蠕变能力弱；标志层中存在多个化石富集带，化石沿岩石层理分布形成沿层理方向的区域性力学薄弱面；沿化石层层理的抗张强度与抗剪强度远低于其他层位和垂直于层理方向的强度性质。因此，一旦注入水进入嫩江组二段底部标志层，富含化石的岩石沿岩石层理优先发生破坏，并迅速扩展，形成成片套损现象。     

基于统一强度理论的扰损围岩巷道脆塑性解答

钻爆法施工常造成岩质巷道扰损区围岩性能劣化。针对扰损围岩、扰损外围岩的弹塑性状态下不同的扰损围岩巷道力学模型,采用统一强度理论、弹-脆-塑性模型和非关联流动法则,建立扰损围岩巷道有关应力、位移和塑性区半径的脆塑性解答,探讨巷道力学模型的转换路径及判定方法,并将结果进行对比、验证,获得各因素的影响规律。研究表明：提出的巷道脆塑性解答合理反映了中间主应力、围岩扰损范围和峰后强度、剪胀特性的综合影响,通过参数组合变换可退化为多种解答并得到正确性验证,具有重要的理论意义和应用前景;巷道力学模型判定与中间主应力、围岩扰损范围密切相关,显著影响巷道应力-位移分布和围岩特征曲线;支护压力和巷道稳定变形随着围岩峰后强度下降、剪胀特性参数增加而明显增大。     

大厚度粗颗粒含水层井损值的确定

依据实际勘探资料,深刻分析了大厚度粗粒含水层井损值的影响因素。认为井损值主要受抽水井井壁管降深和井的最大出水量两个因素的影响和控制,三者之间高度相关,并建立了回归方程,井损值计算结果与实际观测值基本一致,应用效果较为理想。而采用现成的理论方法计算的井损值,由于其加坡系数在野外的不确定性,计算结果与实测观测值往往有着较大的差别。     

利用测井资料计算机自动识别沉积微相方法研究

以关键井沉积微相分析为基础,将测井学同地质、现代数学相结合,从测井资料中提取反映各种微相的测井特征参数,并应用一套多元统计分析方法,建立各种沉积微相的判别模式,研究开发一套软件系统,实现计算机根据测井资料自动分析判别陆相地层沉积微相。应用该软件对某油田西区的十几口井的测井资料进行处理,并绘制出沉积微相平面图。     

关于地热井抽水试验中“井损”的一些探讨——以河北省安国市代表性地热井为例

抽水试验是确定含水层水文地质参数最常用的技术方法,在水文参数计算中必须考虑井损问题。以河北省安国市地热井为例,进行该井为抽水孔进行单孔三降深抽水试验、并带两个观测孔的孔组抽水试验,通过采用不同的稳定流公式对该地热井进行渗透系数的计算对比,并利用三种井损计算公式对该孔的井损值进行计算分析,同时探究了井损的相关影响因素。结果可知：水文地质参数单孔降压试验计算中若不扣除井损值,则求得渗透系数明显偏小。采用单孔三降深实测降深值计算的渗透系数过小。一般经常采用抛物线方程法、三次曲线方程法两种井损计算法。对不同地区、不同热储的代表性地热井进行应用对比可见,单孔三降深试验采用稳定流公式计算时必须要消除井损后再进行参数运算,采用抛物线法计算的渗透系数整体比采用三次曲线方程计算的结果偏大,抛物线法计算的渗透系数更能反应地层真实渗透能力。影响井损的因素主要有一般有井径、成井结构、滤料层的有效粒径、洗井质量(洗井不彻底井损值占比就大)及成井工艺,同时含有较多的随机因素。     

基于Fisher判别准则的河湖相判别模型的构建:以江汉盆地汉江上游段为例

为了探究Fisher模型在盆地第四纪河湖相演变上的实用性,以江汉盆地汉江上游段某单一钻孔的粒度资料和沉积相划分作为模型的训练样本,利用Fisher基本原理计算得到河湖相判别模型,最终利用模型实现对研究区沉积环境演化分析.依据单因素方差以及显著性分析结果可知,Fisher模型对河流相、河湖过渡相、湖相具有很好的区分效果.留一交叉验证结果达到80.6%,超过了判别模型应用要求的75%标准.同时,将多孔沉积相判别结果与定性划分结果进行了对比,其综合吻合率达到85.06%,进一步验证了Fisher模型在河湖相判别上的实用性.依据判别分析结果可知,自早更新世开始,研究区存在4期较大的沉积旋回,可划分为8个沉积阶段,不同沉积阶段水动力来源复杂且变化迅速,区域沉积环境演化与新构造运动相吻合.本研究说明依据粒度资料建立Fisher模型用于沉积相以及沉积环境的分析是可行的,同时丰富了江汉盆地汉江段沉积环境资料,为盆地水资源调查及保护提供重要参考.      

油水井套管损坏的地质因素综合研究

套管损坏一直是影响油田正常生产的严重干扰因素．其中地质因素是导致套管损坏的内在因素.塑性岩层发育段、断层破碎带等地质环境和地震、地层沉降等地质活动中易造成油水井的套管损坏。研究了套管损坏与盐类岩层及泥质岩的蠕变、滑移的关系;并从地应力变化的角度分析了构造因素如地层倾角和断层等对套管损坏的影响;还研究了地震和地层沉降等自然诱发因素,分析了高压注水和油层出砂等工程诱发因素对套管损坏的影响。     

克拉玛依油田二厂八区套管破损机制研究

克拉玛依油田二厂八区井区经过长期开采出现了大量的套管破损问题。对套管破损位置进行总结归纳发现,套管破损主要存在于白垩系吐谷鲁群、侏罗系齐古组、二叠系乌尔禾组等地层中。对研究区连井进行地层对比、地震数据体进行波阻抗反演和砂体分析,发现研究区内白垩系吐谷鲁群和侏罗系齐古组的砂体十分发育,广泛存在于整套地层中。砂体中流体的渗流作用对套管的腐蚀为套管破损的主要因素。泥岩吸水蠕变膨胀、油层出砂和固井质量不合格为套管破损的其他因素。     

辽河油田油水井套管损坏机理及修复措施

分析了辽河油田油水井套管损坏的原因，介绍了辽河油田几种较先进的套损检测方法，提出了几种常用的修复工艺，对辽河油田因地制宜地采取套管修复措施，恢复套损井的正常生产具有一定的借鉴意义。     

盐岩地下储气库套管运行安全的可靠性分析研究

盐岩因其具有良好的蠕变特性、低渗透性以及损伤自我恢复特性成为国际上公认的最理想能源地下存储介质。在盐岩地下储气库运营过程中储库套管受到储气内压、材料参数和几何尺寸等不确定性因素的影响,为了评价这些随机风险因素对储库套管结构运行安全的影响,建立了盐岩储气库的套管结构模型和基于Von Mises屈服准则的套管结构功能函数,根据建立的结构模型和结构功能函数,应用响应面法结合蒙特卡洛抽样计算获得储库在高压和低压运行条件下套管结构可靠度的变化规律。可靠性分析表明,为保证套管运行安全,储库最低运行内压应大于3 MPa,最高运行内压应小于22 MPa,套管靴距离储库腔顶的距离应大于10 m,并应适当加大套管的壁厚和减小套管的内径。     

交变应力对套管损伤机理的影响

水平井分段压裂技术已在低渗透油气藏及煤层气开发过程中得到了较为广泛的应用,并取得了良好的经济效果.但是,由于分段压裂会使直井段的套管承受交变应力作用,进而造成其在软硬交错地层处发生严重变形,从而影响压裂安全作业,甚至引发所有剩余压裂段报废.为探索其破坏机理,开发一个类似弹簧单元的用户子程序来模拟循环荷载作用下套管-水泥...     

地震作用下岩盐层套变规律研究

5.12汶川特大地震发生后,某气田在岩盐层段发现了多口井套变,为了能有效地治理,急需了解其套变的原因和规律。为此,利用真三维接触有限元分析方法研究了震前套管应力和变形分布规律,并在原有边界条件基础上,在模型的顶面进一步施加不同震级地震载荷,重新分析套管应力和变形的分布规律。对比二者分析的结果发现：无论是震前还是震后都显示岩盐层段套管的应力和变形水平明显高于套管其他部位,且基本规律是震级越高套管在岩盐层段的应力水平和变形越大。对比有限元计算震前和震后套管应力和变形的结果还发现,仅5.12特大地震载荷的竖向分量所产生的应力水平已经超过了套管的屈服强度极限,因此,可以判定此次地震是导致该气田盐岩层段出现套变的真正原因。     

基于地应力的套管强度优化设计方法

针对东辛复杂断块油藏泥岩夹层和断层附近套管损坏严重的问题,研究了套管在泥岩夹层和断层附近套损机理。研究表明,造成泥岩夹层和断层处套管损坏的主要原因是该层段的异常地应力。因此,在这2个层段,考虑异常地应力作用和承受非均匀地应力作用对套管强度的影响,提出了基于地应力的套管强度优化设计方法。