1、 利用测井资料计算地应力和地层压力利用测井资料计算地应力和地层压力刘之的刘之的西安科技大学资源勘查系西安科技大学资源勘查系岩石力学岩石力学 岩石动力学参数的计算岩石动力学参数的计算岩石静力学参数的实验测定岩石静力学参数的实验测定岩石动静力学参数的关系岩石动静力学参数的关系实现用测井资料连续计算岩石静力学参数实现用测井资料连续计算岩石静力学参数一、岩石力学参数计算一、岩石力学参数计算岩石各向异性计算岩石各向异性计算u 222222cscstttt G2sbt E uG 12bK 22341scbttbCbK/1maC bmaC/C 1计计 算算 公公 式式泊松比泊松比纵向应变与纵向应变与横向应变
2、之比横向应变之比剪切模量剪切模量施加应力与切向施加应力与切向应变之比应变之比杨氏模量杨氏模量施加的单向应力与施加的单向应力与法向应变之比法向应变之比体积弹性模量体积弹性模量流体静压力与流体静压力与体积应变之比体积应变之比地层压缩系数地层压缩系数体积形变与体积形变与流体静压力之比流体静压力之比骨架压缩系数骨架压缩系数骨架体积变化与流骨架体积变化与流体静压力之比体静压力之比Biot弹性系数弹性系数与孔隙压力与孔隙压力成比例成比例 223411masmacmatt动动 态态 弹弹 性性 参参 数数一、岩石力学参数的测井计算方法一、岩石力学参数的测井计算方法 岩石抗张强度岩石抗张强度岩石抗剪强度岩石抗
3、剪强度单轴抗压强度单轴抗压强度shshVE.)V(E.c 008010045000c501002045. 10025. 0bsccs t 0 t 无天然裂缝时：无天然裂缝时：有天然裂缝时有天然裂缝时：smaxt 1/1/5.022cscstttt)()()(macfcmaccmasfsmasstttttttt964.80343.19314. 1Denttcs(R=0.803)(R=0.803) =1.330 +26.704(R=0.694)=1.330 +26.704(R=0.694) stct岩石泊松比的测井计算方法岩石泊松比的测井计算方法1. 1. 构建横波时差，进而计算泊松比构建横波时差
4、，进而计算泊松比（5）（4）（3）（6）构建的横波时差与实测横波时差比较构建的横波时差与实测横波时差比较 st1st2st3stst1st2st3st92.92687.51190.27489.36290.89392.01992.79894.12891.24493.29191.37995.47394.24390.87794.79692.92190.88491.57089.62093.65495.96292.69895.65494.84792.75289.46092.04091.42397.77194.47797.06796.72793.55990.33392.85592.34690.15490.
5、71791.32292.75294.62791.57094.37993.65496.98894.21496.71596.44993.46792.02494.79594.13493.97190.41092.66492.42792.82690.61893.55892.647101.66292.27195.32494.39485.60987.77687.49589.642100.34493.47396.67695.66627.0125.0shI2103. 00066. 0ct1413.06497.0N(R=0.48)(R=0.48) (R=0.71)(R=0.71) SDSshI2.2.利用常规测井
6、资料直接求取泊松比利用常规测井资料直接求取泊松比（8）（7）（9）多种方法计算的岩石泊松比对比表多种方法计算的岩石泊松比对比表 1 2 3 4 5 6 70.3270.2960.3130.3080.2960.2010.2430.2010.2630.2780.2650.2920.2990.2310.2290.1730.2790.2830.2700.2970.2990.2220.2370.1720.3100.2900.3060.3020.2960.2110.2540.2040.3070.2870.3030.3000.2960.2150.2590.2160.3030.2830.3010.2970.2
7、950.2220.2610.2120.2920.2820.3000.2960.2950.2240.2510.2090.3000.2860.3050.2990.2950.2170.2430.2000.2800.2950.2930.3070.3000.2020.2690.2020.2740.2820.2870.2960.2970.2240.2850.2090.3060.2860.3100.2990.2940.2180.2460.1790.3010.2800.2990.2940.2950.2280.2450.195泊松比泊松比- -体积模量交会图体积模量交会图 泊松比泊松比- -杨氏模量交会图杨氏模
8、量交会图 室内测试得到的岩石力学参数和测井计算得到的趋势是一致的，但其值之间室内测试得到的岩石力学参数和测井计算得到的趋势是一致的，但其值之间有一定的误差。为此，需要建立动静态力学参数间的转换关系。有一定的误差。为此，需要建立动静态力学参数间的转换关系。白白005005井岩石动静态力学参数对比井岩石动静态力学参数对比 岩石动静力学参数转换系数岩石动静力学参数转换系数K K1.0-0.91.0-0.90.9-0.80.9-0.80.8-0.70.8-0.70.7-0.650.7-0.650.650.65D D1.0-0.751.0-0.750.75-0.75-0.450.450.45-0.45-
9、0.250.250.25-0.20.25-0.20.2-0.2-0.10.1K K与与D D的关系式为：的关系式为：D=2.3717K-1.3949 , D=2.3717K-1.3949 , 其中其中K=V/VmaK=V/Vma, D=Es/Ed, D=Es/Ed单井岩石力学参数处理与裂缝发育程度评价单井岩石力学参数处理与裂缝发育程度评价 u评价裂缝发育程度的指标评价裂缝发育程度的指标完整性系数完整性系数VK2RMVvvK破裂系数破裂系数FRmamaFEEER裂缝发育程度指标裂缝发育程度指标I I mamaFEEERIGKRbg岩石稳定系数岩石稳定系数gRX X井岩石力学参数识别裂缝井岩石力学
10、参数识别裂缝x x井岩石力学参数识别裂缝井岩石力学参数识别裂缝1.1.地应力方向的确定方法地应力方向的确定方法 A、井壁崩落法、井壁崩落法 B、压裂缝法、压裂缝法 C、应力释放裂缝法、应力释放裂缝法 D、横波各向异性法、横波各向异性法井眼崩落井眼崩落A A、井壁崩落法、井壁崩落法 1、地应力方向的确定、地应力方向的确定 A、井壁崩落法、井壁崩落法溶蚀性垮塌冲刷性垮塌键槽性垮塌塑性变形地应力性崩落B B、压裂缝法、压裂缝法h HC C、应力释放裂缝法、应力释放裂缝法最大水平最大水平主应力方向主应力方向为近东西为近东西D D、横波各向异性法、横波各向异性法1 13 3井井斜斜角角时差时差(us/f
11、t)(us/ft)SVSVSHSH入射横波入射横波反射横波反射横波法线法线X X井井最大水平主应力方向东西向最大水平最大水平主应力方向主应力方向东西向东西向D D、横波各向异性法、横波各向异性法用测井资料计算现今构造应力的理论基础用测井资料计算现今构造应力的理论基础静地应力静地应力:上覆岩层压力上覆岩层压力动地应力动地应力:构造应力构造应力现代构造应力现代构造应力泥浆柱压力泥浆柱压力三轴向应力三轴向应力孔隙流体压力孔隙流体压力法向应力法向应力剪切应力剪切应力有效井有效井周应力周应力有效径有效径向应力向应力三轴向应力三轴向应力 S Sz z S Sy y S Sx x大大地地应应力力井下井下就地
12、就地应力应力古构造古构造应力应力 井壁破裂测井响应测井响应岩石力学性质岩石力学性质2.2.就地应力大小的确定就地应力大小的确定（1 1）就地应力的直接测量法）就地应力的直接测量法 * 水力压裂法水力压裂法 * 岩石声发射测量法岩石声发射测量法 * 井眼漏失测试法井眼漏失测试法 （2 2）用常规测井资料计算地应力的大小）用常规测井资料计算地应力的大小 * 井眼井眼崩落法崩落法 * 压裂分析法压裂分析法 （3 3）用成像测井资料计算地应力的大小）用成像测井资料计算地应力的大小左巴克教授左巴克教授(Zoback(Zoback) )推出的应力与井壁崩落的关系式：推出的应力与井壁崩落的关系式：)c+c)
13、(b+b(-)d+d)(a+a(P)e-)(c+(c-P)f-)(a+a(2=212121212121H)(-)()()(2212121212121ccbbddaaP-fbbP)-eddh定量判别式定量判别式：SihbaHuqbaqpuu22)(21122whHhHsP2cos2mPHhsPP3只用崩落宽度计算地应力的模型：只用崩落宽度计算地应力的模型： 利用成像测井寻找井壁应力诱导压裂平衡点，进而建立的利用成像测井寻找井壁应力诱导压裂平衡点，进而建立的地应力计算模型为：地应力计算模型为：(1)(1)(2)(2) (1)(1)用上覆岩层压力值约束水平地应力值用上覆岩层压力值约束水平地应力值 (
14、2)(2)用各向异性系数估算水平地应力的比值用各向异性系数估算水平地应力的比值 (3)(3)以成像测井剖面为最终的约束条件以成像测井剖面为最终的约束条件 地应力计算精度的提高与结果检验地应力计算精度的提高与结果检验预测预测（1）地层孔隙压力预测方法概述）地层孔隙压力预测方法概述 钻前评估钻前评估 随钻评估随钻评估 钻后评估钻后评估 1.1.地层孔隙压力测井计算方法地层孔隙压力测井计算方法 由由TerzaghiTerzaghi有效应力定理知，有效应力定理知，地层孔隙压力与岩石的地层孔隙压力与岩石的有效应力之间存在如下关系有效应力之间存在如下关系pPP 0测井测井VpVp/Vs/Vs： =624.
15、06e=624.06e (-1.4035Vp/Vs) (-1.4035Vp/Vs) (10)(10)测井测井 ： =96.768e=96.768e-2.4772-2.4772 (11)(11)实验实验 ： =104.58e=104.58e-2.6793-2.6793 (12)(12) （2 2）有效应力法）有效应力法 由川东北部罗家寨构造和紫水坝构造的一些井的飞仙关由川东北部罗家寨构造和紫水坝构造的一些井的飞仙关组地层已知井段的地层压力数据求得对应的组地层已知井段的地层压力数据求得对应的A A、B B系数为：系数为：A=0.001073A=0.001073，B=-12.0064B=-12.00
16、64。则采用此法预测飞仙关组地层压。则采用此法预测飞仙关组地层压力的公式为：力的公式为：006412100010730700031145.).(./pV-PP=BAVVma/1)(31.145G.L.BowesG.L.Bowes有效应力计算模型：有效应力计算模型：X X构造地层孔隙压力预测结果比较构造地层孔隙压力预测结果比较 井井 名名深深 度度(m)(m)预测值（预测值（MPaMPa）实测值（实测值（MPaMPa）绝对误差绝对误差X井井2964.528.96030.595-1.635X井井2978.030.12030.5430.423X井井3248.037.97240.454-2.482X井
17、井3488.038.29640.589-2.293X井井3599.040.84242.008-1.166X井井3938.040.42742.444-2.0172. .地层坍塌压力的测井预测方法地层坍塌压力的测井预测方法22123KKPKPphHbDepthPPbbmd9.80665/1000 基于摩尔库仑准则建立的地层坍塌压力计算模型为：基于摩尔库仑准则建立的地层坍塌压力计算模型为： tppftppfppfppf)PP)(kuu(PP)PP)(kuu(PP)PP(uuPP)PP(uuPP 00001212121pbmadpbmauPCCuuPuuFPPCCuuubPuuFP 112111121
18、1003.地层破裂压力的测井预测方法地层破裂压力的测井预测方法 上述模型可概括为上述模型可概括为 tpopfPPPP12pbmafdpbmafuPCCPPPCCubPP112111121100 以三向地应力模型作为建立提取地层破裂压力数学公式的理以三向地应力模型作为建立提取地层破裂压力数学公式的理论依据，在对谭氏破裂压力预测公式进行修正与补充的基础上，论依据，在对谭氏破裂压力预测公式进行修正与补充的基础上，经过一系列的推导之后建立的适合于碳酸盐岩地层的破裂压力预经过一系列的推导之后建立的适合于碳酸盐岩地层的破裂压力预测模型为：测模型为： tpopfCCPPubPP211 用该法预测用该法预测L
19、J7LJ7井井30963096米的地层破裂压力是米的地层破裂压力是76.876MPa76.876MPa，而实测的地，而实测的地层破裂压力是层破裂压力是76.914MPa76.914MPa，这说明该法的预测精度完全能够满足于碳酸盐，这说明该法的预测精度完全能够满足于碳酸盐岩地层安全泥浆密度上限设计的要求。岩地层安全泥浆密度上限设计的要求。地层破裂压力的测井预测新方法地层破裂压力的测井预测新方法 (1)(1)钻井液密度安全窗口的确定钻井液密度安全窗口的确定 钻井液密度与井壁围岩破坏的关系钻井液密度与井壁围岩破坏的关系 科学合理地确定钻井液密度科学合理地确定钻井液密度 3.3.防止井壁失稳对策研究防
20、止井壁失稳对策研究fgmmbgmbgmMax),(2)(2)防止川东北部地区碳酸盐岩地层井壁失稳的对策防止川东北部地区碳酸盐岩地层井壁失稳的对策 地应力引起井壁失稳对策地应力引起井壁失稳对策 优化井身结构、科学选择中间套管层数和下深优化井身结构、科学选择中间套管层数和下深根据油气藏地质构造特征，科学选择大位移井根据油气藏地质构造特征，科学选择大位移井( (定向井定向井) ) 的井斜角和方位角的井斜角和方位角科学合理地选用钻井液密度科学合理地选用钻井液密度X X井井2020202021202120米井段井壁稳定性测井评价成果图米井段井壁稳定性测井评价成果图 X X井井29452945304530
21、45米井段井壁稳定性测井评价成果图米井段井壁稳定性测井评价成果图 X X井井DSIDSI和和FMIFMI处理成果图处理成果图 2020202021202120米、米、2945294530453045米井段，井眼发生崩落，井眼扩大率超过米井段，井眼发生崩落，井眼扩大率超过10%10%，实，实际使用的泥浆密度是际使用的泥浆密度是1.321.32、1.35g/cm1.35g/cm3 3, ,这说明实际使用的泥浆密度偏小，不足这说明实际使用的泥浆密度偏小，不足以维持井眼稳定，而本研究预测的泥浆密度为以维持井眼稳定，而本研究预测的泥浆密度为( (分别为分别为1.343+0.062g/cm1.343+0.
22、062g/cm3 3、1.402+0.062g/cm1.402+0.062g/cm3 3) )能够很好地在钻井过程中维持井壁稳定。能够很好地在钻井过程中维持井壁稳定。 崩落井段崩落井段 (m)井眼扩井眼扩大率大率(%)(%)PP(MPa)Pb(MPa)Pf(MPa) H(MPa)(MPa) h(MPa)(MPa)P P0 0(MPa)P Pbmdbmd(g/cm(g/cm3 3) )P Pfmdfmd(g/cm(g/cm3 3) )2020212013.94321.05426.25140.42151.19322.43548.36548.3651.343+0.0621.343+0.0621.90
23、21.9022945304510.58133.01340.03560.64978.89134.17573.42173.4211.402+0.0621.402+0.0622.0662.066x9x9井崩落井段测井处理成果表井崩落井段测井处理成果表 X X井井3005300530353035米井段井壁稳定性测井评价成果图米井段井壁稳定性测井评价成果图 x2井统计的快横波方位角图井统计的快横波方位角图 统计的优势快横波统计的优势快横波方位角为方位角为65度，表度，表明最大水平主应力明最大水平主应力为近东西向，为近东西向，FMI的井眼崩落方向为的井眼崩落方向为近南北向，两者结近南北向，两者结果一致。果
24、一致。 3015 301530303030米井段，井眼明显发生崩落，井眼扩大率为米井段，井眼明显发生崩落，井眼扩大率为21.27%21.27%，实际使用的泥浆密度是，实际使用的泥浆密度是1.30g/cm1.30g/cm3 3, ,这说明实际使用的泥这说明实际使用的泥浆密度值偏小，不足以维持井眼稳定，而本研究预测的泥浆密浆密度值偏小，不足以维持井眼稳定，而本研究预测的泥浆密度为度为(1.337+0.043g/cm(1.337+0.043g/cm3 3) )能够很好地在钻井过程中维持井壁稳定。能够很好地在钻井过程中维持井壁稳定。 崩落井段崩落井段(m)井眼扩大井眼扩大率率(%)(%)PP(MPa)
25、Pb(MPa)Pf(MPa) H(MPa)(MPa) h(MPa)(MPa)P P0 0(MPa)P Pbmdbmd(g/cm(g/cm3 3) )P Pfmdfmd(g/cm(g/cm3 3) )3015303021.27021.27031.12439.60074.14936.15970.31370.3131.337+0.0431.337+0.0431.8281.828x2x2井崩落井段测井处理成果表井崩落井段测井处理成果表 在钻井工程上的应用在钻井工程上的应用 安全泥浆密度范围与井斜角的关系（上覆岩层压力为最大主应力时的情况）直井最安全，向较大水平主应力方向钻水平井最不安全！直井最安全，向
26、较大水平主应力方向钻水平井最不安全！井壁崩落区井壁崩落区井壁压裂和井壁井壁压裂和井壁崩落同时发生区崩落同时发生区 安全区安全区钻井液密度钻井液密度井斜角井斜角优化井身轨迹优化井身轨迹与地应力方向的关系与地应力方向的关系实例：实例：X1井井泥浆密度、井斜方位、井斜角与井眼稳定性的关系泥浆密度、井斜方位、井斜角与井眼稳定性的关系X1井井4300米处，米处，条件：上覆岩层压力为中间主应力，南北向为最小水平主应力方向条件：上覆岩层压力为中间主应力，南北向为最小水平主应力方向UCS=290Mpa, T=15 Mpa, =45 , =0.31, =0.3, v=113.3Mpa, H=163.3Mpa,
27、h=98.8Mpa, Pp=47.2Mpa,向向 H钻井壁钻井壁应力差为应力差为14.5mpa;向向 h钻钻井壁钻钻井壁应力差为应力差为50mpa结论：结论：向向 H方方向，打向，打水平井，水平井，最安全！最安全！ H在压裂酸化工程中的应用在压裂酸化工程中的应用A1A A2 2A3A4A5A6A A7 7A8A A9 9A A1010B1地应力形成的椭圆井眼长轴方向椭圆井眼的长轴方向局部构造长轴方向图 例裂缝延伸主方向1133实例实例1：x地区地应力方向、裂缝走向与压裂效果关系图地区地应力方向、裂缝走向与压裂效果关系图 A2、 A7：最大水平主应力方向垂直裂缝走向，：最大水平主应力方向垂直裂缝
28、走向，只有压裂后才获得高产；只有压裂后才获得高产； A10、 A9：最大水平主应力方向基本平行于裂缝：最大水平主应力方向基本平行于裂缝走向，未压裂就获得高产。走向，未压裂就获得高产。测井解释裂缝组系图测井解释裂缝组系图15井井11井井实例实例2：X压压应力、裂缝方向与压裂效果的关系应力、裂缝方向与压裂效果的关系在预测裂缝横向分布规律中的应用在预测裂缝横向分布规律中的应用现代构造应力方向与裂缝走向关系的实例现代构造应力方向与裂缝走向关系的实例能量差方位误差快横波方位时差各向异性时间各向异性云安云安11井井BCR处理成果处理成果快横波方向快横波方向高角度裂缝高角度裂缝裂缝走向为东西向裂缝走向为东西
29、向 裂缝走向裂缝走向24X11X11井井25X11X11井井tu26X11X11井井tu27X11X11井井tu28X11X11井井tu29X1X1井井tu30X4X4井井tu31X5X5井井压裂缝方向的确定压裂缝方向的确定压裂缝与地应力方向的关系压裂缝与地应力方向的关系压裂效果对比表压裂效果对比表井井 号号酸酸前前产产量量 酸酸后后产产量量 增增产产倍倍数数天天东东11井井912012.33天天东东15井井5.120.93.09酸化压裂效果对比表酸化压裂效果对比表压裂缝高度的确定压裂缝高度的确定施工压力大小与压裂缝高度的关系、施工压力的限制施工压力大小与压裂缝高度的关系、施工压力的限制X26X26井井X26X26井井X26X26井井
