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三压力曲线绘制与插值

6月前浏览12783


钻井工程中,地层孔隙压力地层坍塌压力地层破裂压力三个压力剖面是进行井身结构设计、钻井液密度确定、油气层保护、油气井压力控制、欠平衡钻井(气体钻井)的科学依据,压力剖面的准确性决定着钻井、完井和测试作业的成败。


三压力剖面示例(石油钻探技术,2016,44(6):11-16)


现代钻井通过钻前预测地下压力剖面,预知井下复杂事故风险。地层孔隙压力指地下岩石孔隙内流体的压力;坍塌压力指维持井壁稳定的最小临界钻井液液柱压力;地层破裂压力指地层产生破裂的压力极限值。



三压力曲线绘制与插值模块提供了地层孔隙压力、地层坍塌压力和地层破裂压力三个压力的数据插值与可视化功能,通过导入三压力数据,轻松绘制三压力曲线。具体步骤如下:

(1)导入三压力数据


分别点击“导入**数据”,导入三压力数据文件。数据导入后可以点击+号查看并修改。数据文件格式:CSV格式(Excel文件另存为CSV逗号分隔)文件;第一列是垂深,第二列是压力值。操作界面如下图所示:



(2)插值方法选择

选择插值方法计算数据点之间的数值。此外,允许用户输入插值深度可在计算结果中显示该深度处的三压力插值结果(可以不填写),若深度超出导入数据的深度最大值,系统会显示“超出范围”,如下图所示:



(3)计算结果

完成上述步骤后,点击“计算”,可以得到三压力剖面图。如果用户输入了插值深度,还会额外显示输入深度处的三压力数值,如下图所示:



线性插值结果:


2阶B样条曲线插值结果


3阶B样条曲线插值结果:

 



泥浆密度窗口窗
低泥浆压力会导致剪切破坏,而过高压力会导致拉伸裂缝。因此,在一定的泥浆压力范围内,钻井过程中井筒将保持稳定。这被称为泥浆窗口,它有一个下界(LB)和一个上界(UB),这取决于井筒力学稳定性以及其他各种技术要求。



小规模的掉块wbo≤60°可能不会影响井筒稳定性,并允许设定一个更低(更灵活)的泥浆窗口边界。大规模的掉块wbo≥120°会导致广泛的剪切破坏和破裂生长,从而导致井眼组合卡钻,甚至井筒坍塌。同样,当井筒压力PW低于最小主应力S3时,小的钻井引起的张力裂缝是安全的,并扩大了泥浆窗口的上界。然而,高于S3的井筒压力可能导致泥浆驱动裂缝扩展失控。然而,这一计算假设了井壁各处的抗拉强度。任何岩石裂纹或断裂(Ts = 0 MPa)都可能大幅降低Pb。 在确定泥浆窗时,除了井筒力学稳定性外,还有其他因素需要考虑。首先,泥浆压力低于孔隙压力将诱导流体从地层流入井筒。流体流速取决于地层的渗透性。致密地层钻进时可能欠平衡,地层流体产量可忽略不计。相对于孔隙压力而言,较高的泥浆压力会促进泥浆漏失(通过泄漏)并破坏储层的渗透率。其次,高于远场最小主应力S3的泥浆压力可能会导致水力裂缝扩展失控和钻井过程中的漏失事件。 最大化泥浆窗口(通过利用地质力学知识和其他变量)对于减少套管坐封点数量和减少钻井次数至关重要。井筒中的泥浆压力梯度δPW/δz是一个常数,直接取决于泥浆密度。因此,钻井设计是基于泥浆相对于基准(通常是旋转方钻杆衬套- RKB)的压力,以“等效密度”表示,以考虑粘性损失。在任意裸眼井段,当量密度与深度曲线上的压力PW值为一条垂直直线。套管下入深度由泥浆密度的选择决定,泥浆密度覆盖了泥浆窗口之间的范围,作为深度的函数。更宽的泥浆窗减少了套管设定点的数量。


控压钻井是指调整地面泥浆压力(正或负增加)或一定的控制深度,从而对井筒压力增加一次控制。泥浆的重量决定了坡度。表面压力控制可以抵消压力静液“线”的原点。因此,这两种控制方法可以帮助调整沿井筒的压力,使其更好地适应下限和上限之间的压力,而不仅仅是一种控制方法(泥浆量)。


了解钻井中的地层压力

地层压力对井控、套管设计、钻井液方案、孔隙压力预测等方面都有影响,是井规划和作业的重要信息。我们将以钻井人员的基本术语来讨论地层压力。

在沉积和侵蚀的时代,通常在充分灌溉的环境中,小颗粒的沉积物不断堆积在一起。随着基底层沉积物厚度的增加,沉积物颗粒之间密集堆积,部分水分被排除在小孔隙空间之外。然而,如果沉积沉积物的孔隙空间与顶压面相连,那么沉积物中任何深度的流体都将与简单的流体柱中发现的流体相同。

沉积物孔隙中流体的压力只依赖于孔隙空间中的流体密度和测压深度(等于液柱的标高)。它也将独立于孔或喉几何形状的大小。可以测量孔隙空间中流体的压力(孔隙压力),并根据深度绘制如图1所示。

待钻地层的压力通常用压力梯度表示,如psi/ft。这个梯度是由一条线通过严格排列的孔隙压力和表面上的基准点而产生的,即孔隙压力梯度(图2)。


当孔喉通过沉积物相互连接时,沉积物中任何深度的流体压力都与简单流体柱中的流体压力相同,因此孔隙压力梯度为一条直线,如图1所示。该线的切线是如图2所示的压力梯度。
用压力梯度单位表示孔隙压力,计算方便,易于呈现给大家。如果钻井液密度以相同的压力梯度单位表示,则可以在每个感兴趣的深度比较压力,以确保井仍处于过平衡状态。图3是孔隙压力梯度和泥浆梯度的示意图。在任何特定深度,孔隙压力与泥浆压力之间的差异程度为过平衡压力。



在沉积地层的孔隙空间中含有大部分含盐的流体,称为卤水。溶解的盐分可以从0 -(超过)20000ppm变化。同样,孔隙压力梯度从0.433 psi/ft(淡水)到0.50 psi/ft不等。在大多数地理区域,假设盐浓度为80000 ppm时,孔隙压力梯度约为0.465 psi/ft。该图定义为法向压力梯度。

任何偏离正常压力梯度的压力层都被称为“异常压力”。压力异常既影响工程施工,也影响钻井作业。出现异常压力区的原因有几个,我们将在后面讨论。


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来源:现代石油人
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首次发布时间:2024-05-01
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