基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法

1.本发明涉及油气地下储备技术领域，尤其涉及基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法。


背景技术：

2.地下储气库是天然气资源存储和天然气供给调峰的最好选择。周期性注采使储气库压力变化明显，导致储层岩石骨架和孔隙受交变载荷作用。周期性的交变载荷使储气库储层岩石产生损伤，损伤量随交变载荷的作用积累到一定程度后注采井将会出砂。目前，鲜有对强注强采工况下储气库井出砂机理开展深入研究的报道，储气库井壁失稳风险较大，严重影响储气库的注采能力，如我国某储气库井出砂后日采气量由80
×
104m3降至40
×
104m3。储层出砂包括疏松的游离砂和储层骨架破碎所出的砂，根据岩石力学理论，井壁附近储层骨架损伤破碎是出砂的根本原因。在储气库生产过程中，压力周期性变化使岩石力学参数发生改变，导致底层稳定性变差，可能在某一时刻失稳而出砂严重。
3.综上所述，需要一种能够适用于枯竭气藏储气库的临界出砂压差预测方法。


技术实现要素：

4.本发明通过提供一种基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法，能够对枯竭气藏储气库的临界出砂压差进行预测。
5.本发明提供了一种基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法，包括：
6.获取不同深度的内聚力c和内摩擦角φ；
7.基于测井曲线、所述内聚力c和所述内摩擦角φ，建立单井弹性力学参数剖面，以初始应力场结果为基础，开展三维应力场数值模拟，结合不同时间点的应力场分布特征，进行地应力反演，得到不同深度的三向地应力反演结果；
8.通过公式计算得到x、y、z方向的正应力分量σ
x
、σy、σz和xy面、yz面、xz面上的应力分量σ
xy
、σ
yz
、σ
xz
；其中，sh为最大水平地应力，sh为最小水平地应力，sv为垂向地应力，β为方位角，θ为井斜角；
9.通过公式计算得到沿井周柱坐标系的径向应力σr，沿井周柱坐标系的切向应力σ
α
，沿井周柱坐标系的轴向应力σ
z’，井周的切应力τ
αz
；其中，pw为井底流压，σz为z方向的正应力分量，a为井周角，μ为泊松比；
10.通过公式计算得到柱坐标r方向的有效主应力σ
r’、除r向外的另外两个有效主应力σ
1m
和σ
2m
；其中，ε为有效应力系数，p
p
为孔隙压力；
11.通过公式计算得到井周的最大主应力σ1、中间主应力σ2及最小主应力σ3；
12.通过公式计算得到井壁骨架岩石失稳指数f；其中，σ
m，2
为正应力平均值，τ
otc
为八面体剪切应力；
13.当f＝0时，通过公式cdp＝p
p-pw计算得到临界生产压差cdp。
14.具体来说，所述获取不同深度的内聚力c和内摩擦角φ，包括：
15.取芯制样后，分别进行室内常规三轴压缩实验、不同原始含水饱和状态下的剪切特性实验和周期性循环加载岩石力学实验，得到不同沉积微相的内聚力c和内摩擦角φ。
16.具体来说，在所述计算得到临界生产压差cdp之后，还包括：
17.建立枯竭气藏储气库储层不同沉积微相临界生产压差表，同时形成基于测井数据的单井不同沉积微相临界出砂压差剖面分布模式图。
18.本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
19.本发明结合储层油气开发阶段的岩芯库资料，测井曲线及地应力反演结果，通过对衰竭气藏储气库注采井井壁应力状态进行分析，基于临界出砂压差计算公式预测枯竭气
藏储气库储层不同深度的临界出砂压差，充分考虑了中间主应力、实际地应力条件及注采井夹角，为储气库强注强采工况下的临界出砂压差预测提供了理论支撑。
附图说明
20.图1为本发明实施例提供的基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法的流程图；
21.图2为本发明实施例中某枯竭气藏储气库不同沉积微相含水率对岩石强度弱化拟合曲线图；
22.图3为本发明实施例中某枯竭气藏储气库不同沉积微相循环加载对岩石强度弱化拟合曲线图；
23.图4为本发明实施例中某枯竭气藏储气库基于测井曲线的地应力反演纵向剖面图；
24.图5为本发明实施例中某枯竭气藏储气库基于测井数据的典型井不同沉积微相临界出砂压差剖面分布模式图。
具体实施方式
25.本发明实施例通过提供一种基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法，能够对枯竭气藏储气库的临界出砂压差进行预测。
26.本发明实施例中的技术方案为实现上述技术效果，总体思路如下：
27.先开展岩石力学性能测试、不同原始含水饱和状态下的剪切特性实验和周期性循环加载岩石力学实验，获取不同层位岩石强度，分析不同含水率及循环加载对岩石强度的影响规律。建立基于mogi coulomb准则的临界出砂压差预测模型；建立基于测井曲线的气井纵向剖面地应力参数反演；结合基于mogi coulomb准则的临界出砂压差预测模型计算结果，开展对某枯竭气藏储气库的出砂风险评价，并对该储气库运行提出相应的优化措施。
28.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
29.参见图1，本发明实施例提供的基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法，包括：
30.步骤s110：获取不同深度的内聚力c和内摩擦角φ；
31.对本步骤进行具体说明，获取不同深度的内聚力c和内摩擦角φ，包括：
32.根据现场岩芯取样及基础物性测试结果，判断岩芯沉积相类型及主要矿物。取芯制样后，分别进行室内常规三轴压缩实验、不同原始含水饱和状态下的剪切特性实验和周期性循环加载岩石力学实验，得到不同沉积微相(不同深度)的内聚力c和内摩擦角φ。并得到不同含水率和循环加载对岩石力学强度的弱化规律，某衰竭气藏储气库不同含水率及循环加载对岩石力学强度弱化曲线如图2和图3所示。
33.步骤s120：基于测井曲线、内聚力c和内摩擦角φ，建立单井弹性力学参数剖面，以初始应力场结果为基础，开展三维应力场数值模拟，拟合气田开发、储气库注采气等阶段，结合不同时间点的应力场分布特征，进行地应力反演，得到不同深度的三向地应力反演结果，进而建立不同深度地应力纵向剖面，如图4所示。图中从左到右依次为测井数据、密度、
声波时差、基于测井曲线计算得到的岩石泊松比、杨氏模量及地应力反演结果(最小水平主应力、最大水平主应力、垂向应力)。依据上述地应力反演结果，可对接下来的临界出砂压差预测模型计算公式提供数据，确保了计算出的临界出砂压差结果的准确性。
34.步骤s130：通过公式计算得到x、y、z方向的正应力分量σ
x
、σy、σz和xy面、yz面、xz面上的应力分量σ
xy
、σ
yz
、σ
xz
；其中，sh为最大水平地应力，sh为最小水平地应力，sv为垂向地应力，β为方位角，θ为井斜角；
35.步骤s140：通过公式计算得到沿井周柱坐标系的径向应力σr，沿井周柱坐标系的切向应力σ
α
，沿井周柱坐标系的轴向应力σ
z’，井周的切应力τ
αz
；其中，pw为井底流压，σz为z方向的正应力分量，a为井周角，μ为泊松比；
36.步骤s150：通过公式计算得到柱坐标r方向的有效主应力σ
r’、除r向外的另外两个有效主应力σ
1m
和σ
2m
；其中，ε为有效应力系数，p
p
为孔隙压力；
37.步骤s160：通过公式计算得到井周的最大主应力σ1、中间主应力σ2及最小主应力σ3；
38.步骤s170：通过公式计算得到井壁骨架岩石失稳指数f，mpa；其中，σ
m，2
为正应力平均值，τ
otc
为八面体剪切应力；当f《0时，说明井壁岩石将发生失稳进而导致出砂；当f》0时，说明井壁岩石保持稳定。
39.步骤s180：当f＝0时，通过公式cdp＝p
p-pw计算得到临界生产压差cdp。
40.为了对枯竭气藏储气库进行出砂风险评价，为优化储气库生产措施提供数据支撑，在计算得到临界生产压差cdp之后，还包括：
41.建立枯竭气藏储气库储层不同沉积微相临界生产压差表，同时形成基于测井数据的单井不同沉积微相临界出砂压差剖面分布模式图，如图5所示。
42.某枯竭气藏储气库不同沉积微相临界生产压差计算结果如表1所示，可以看出，混合坪微相临界出砂压差最小，即在混合坪微相尽量不要进行钻孔作业；洪水水道微相临界出砂压差相对较小，即在该微相应提前做好预防措施，以降低出砂风险。
43.表1基于实验结果的某枯竭气藏储气库五种沉积微相的临界生产压差计算结果
[0044][0045]
本发明实施例能够对枯竭气藏储气库的临界出砂压差进行预测，进而能够对枯竭气藏储气库的出砂风险进行评价。
[0046]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0047]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法，其特征在于，包括：获取不同深度的内聚力c和内摩擦角φ；基于测井曲线、所述内聚力c和所述内摩擦角φ，建立单井弹性力学参数剖面，以初始应力场结果为基础，开展三维应力场数值模拟，结合不同时间点的应力场分布特征，进行地应力反演，得到不同深度的三向地应力反演结果；通过公式计算得到x、y、z方向的正应力分量σ
x
、σ
y
、σ
z
和xy面、yz面、xz面上的应力分量σ
xy
、σ
yz
、σ
xz
；其中，s
h
为最大水平地应力，s
h
为最小水平地应力，s
v
为垂向地应力，β为方位角，θ为井斜角；通过公式计算得到沿井周柱坐标系的径向应力σ
r
，沿井周柱坐标系的切向应力σ
α
，沿井周柱坐标系的轴向应力σ
z’，井周的切应力τ
αz
；其中，p
w
为井底流压，σ
z
为z方向的正应力分量，a为井周角，μ为泊松比；通过公式计算得到柱坐标r方向的有效主应力σ
r’、除r向外的另外两个有效主应力σ
1m
和σ
2m
；其中，ε为有效应力系数，p
p
为孔隙压力；通过公式计算得到井周的最大主应力σ1、中间主应力σ2及最小主应力σ3；
通过公式计算得到井壁骨架岩石失稳指数f；其中，σ
m，2
为正应力平均值，τ
otc
为八面体剪切应力；当f＝0时，通过公式cdp＝p
p-p
w
计算得到临界生产压差cdp。2.如权利要求1所述的基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法，其特征在于，所述获取不同深度的内聚力c和内摩擦角φ，包括：取芯制样后，分别进行室内常规三轴压缩实验、不同原始含水饱和状态下的剪切特性实验和周期性循环加载岩石力学实验，得到不同沉积微相的内聚力c和内摩擦角φ。3.如权利要求1或2所述的基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法，其特征在于，在所述计算得到临界生产压差cdp之后，还包括：建立枯竭气藏储气库储层不同沉积微相临界生产压差表，同时形成基于测井数据的单井不同沉积微相临界出砂压差剖面分布模式图。

技术总结
本发明公开了一种基于枯竭气藏储气库地应力反演的临界出砂压差预测方法。本发明结合储层油气开发阶段的岩芯库资料，测井曲线及地应力反演结果，通过对衰竭气藏储气库注采井井壁应力状态进行分析，基于临界出砂压差计算公式预测枯竭气藏储气库储层不同深度的临界出砂压差，充分考虑了中间主应力、实际地应力条件及注采井夹角，为储气库强注强采工况下的临界出砂压差预测提供了理论支撑。界出砂压差预测提供了理论支撑。界出砂压差预测提供了理论支撑。


技术研发人员：宋睿 谢瑞阳 刘建军 吴明洋
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/28