CN104453849A - 页岩气藏三维地应力预测评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气藏三维地应力预测评价方法，采用直径为150mm的钻头钻孔，在测量钻孔段孔壁选取3条平行于钻孔轴线的线，它们与钻孔轴线间的夹角一般在110°～130°范围内选择，在每条线上选取直径为3cm的圆形局部壁面，间隔距离应保证对某一局部壁面实施应力解除时不会给邻近的测点应力状态带来影响，用环形钻头对每个局部壁面进行应力解除时，根据获得的各应变片在应力解除过程中的应变变化值和钻孔的方位角等参数，将测得的应变值组合在一起，分析最终可得到大地坐标系的三维地应力张量。该方法能够准确地对不同的地质的地应力进行预测，使得地应力的预测结果准确，操作人员根据结果进行相应的操作，页岩气钻探收益达到最佳。
Description
技术领域
本发明涉及一种方法，尤其是涉及一种页岩气藏三维地应力预测评价方法。
背景技术
页岩气是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。页岩气很早就已经被人们所认知，但采集比传统天然气困难，随着资源能源日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，人们逐渐意识到页岩气的重要性。页岩气以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地成藏模式，与油页岩、油砂、地沥青等差别较大。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。因此有机质含量高的黑色页岩、高碳泥岩等常是最好的页岩气发育条件。
页岩亦属致密岩石，故也可归入致密气层气。它起始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩，为暗褐色和黑色，富有机质，可大量生气。储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存，为低（负）压、低饱和度（30％左右），因而为低产。但在裂缝发育带可获较高产量，井下***和压裂等改造措施效果也好。页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点——大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。随着世界能源消费的不断攀升，包括页岩气在内的非常规能源越来越受到重视。美国和加拿大等国已实现页岩气商业性开发。过去十年内，页岩气已成为美国一种日益重要的天然气资源，同时也得到了全世界其他国家的广泛关注。2000年，美国页岩气产量仅占天然气总量的1%；而到2010年，因为水力压裂、水平钻井等技术的发展，页岩气所占的比重已超过20%。页岩气由于其生成的地质的复杂性，在开采时不同的地质需要采用不同的开采技术，现有对于地应力的预测方法效率低，而且预测的结果也不准确，造成开采时对设备和技术的难度超过预期，造成重大的经济损失。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有对于地应力的预测方法效率低，而且预测的结果也不准确，造成开采时对设备和技术的难度超过预期，造成重大的经济损失的问题，设计了一种页岩气藏三维地应力预测评价方法，该方法能够准确地对不同的地质的地应力进行预测，使得地应力的预测结果准确，操作人员根据结果进行相应的操作，页岩气钻探收益达到最佳，解决了现有对于地应力的预测方法效率低，而且预测的结果也不准确，造成开采时对设备和技术的难度超过预期，造成重大的经济损失的问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：页岩气藏三维地应力预测评价方法，包括以下步骤：采用直径为150mm的钻头钻孔，选择测量孔段的原则是避开钻孔附近其他建筑物对该段的影响，保持该小段钻孔岩性完好、性质相同，在测量钻孔段孔壁选取3条平行于钻孔轴线的线，它们与钻孔轴线间的夹角一般在110°～130°范围内选择，在每条线上选取直径为3cm的圆形局部壁面，并且把它们视为测量“点”，这3个局部壁面在钻孔轴线方向上间隔距离应保证对某一局部壁面实施应力解除时不会给邻近的测点应力状态带来影响，在每个局部壁面上黏贴一个应变化，采用壁厚为2mm的外径为34mm的环形钻头对每个局部壁面进行应力全解除，在进行应力全解除的过程中，解除槽深度h与被解除的壁面直径d有关，当h/d=1.2时，该局部壁面的应力已全部解除，用环形钻头对每个局部壁面进行应力解除时，监测黏贴的应变花的微应变值变化与钻进深度的全过程曲线，根据获得的各应变片在应力解除过程中的应变变化值和钻孔的方位角等参数，将测得的应变值组合在一起，分析最终可得到大地坐标系的三维地应力张量。
综上所述，本发明的有益效果是：该方法能够准确地对不同的地质的地应力进行预测，使得地应力的预测结果准确，操作人员根据结果进行相应的操作，页岩气钻探收益达到最佳，解决了现有对于地应力的预测方法效率低，而且预测的结果也不准确，造成开采时对设备和技术的难度超过预期，造成重大的经济损失的问题。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1：
页岩气藏三维地应力预测评价方法，包括以下步骤：采用直径为150mm的钻头钻孔，选择测量孔段的原则是避开钻孔附近其他建筑物对该段的影响，保持该小段钻孔岩性完好、性质相同，在测量钻孔段孔壁选取3条平行于钻孔轴线的线，它们与钻孔轴线间的夹角一般在110°～130°范围内选择，在每条线上选取直径为3cm的圆形局部壁面，并且把它们视为测量“点”，这3个局部壁面在钻孔轴线方向上间隔距离应保证对某一局部壁面实施应力解除时不会给邻近的测点应力状态带来影响，在每个局部壁面上黏贴一个应变化，采用壁厚为2mm的外径为34mm的环形钻头对每个局部壁面进行应力全解除，在进行应力全解除的过程中，解除槽深度h与被解除的壁面直径d有关，当h/d=1.2时，该局部壁面的应力已全部解除，用环形钻头对每个局部壁面进行应力解除时，监测黏贴的应变花的微应变值变化与钻进深度的全过程曲线，根据获得的各应变片在应力解除过程中的应变变化值和钻孔的方位角等参数，将测得的应变值组合在一起，分析最终可得到大地坐标系的三维地应力张量。
沉积盆地中的岩层是处于三轴应力状态下的，应力是矢量，不仅具有大小，而且具有方向，通常采用三个法向应力来表示岩石单元的应力环境。σ1、σ2、σ3分别代表最大、中间、最小三个主应力，相应用σv、σH、σh分别代表垂向、水平最大、最小主应力。所谓“应力状态”是指应力的大小和方向。
地应力研究目前已广泛应用于石油工程的许多领域，其已成为油气藏工程、油气勘探、钻井、完井、采油气工程方案设计不可缺少的基础数据，在定向井及水平平井身轨迹的设计与控制、油气层改造措施中裂缝的方位与几何尺寸的预测等方面都有着重要的应用。
本方案与以往的套芯应力解除法不同。首先它在实现应力解除的方法上具有创新性，采用侧壁取芯技术，在测点附近几个局部壁面上钻取岩芯使其与周围岩体完全分离，取代了沿钻孔轴向套取岩芯的传统方法。从理论上可以证明，在利用本方案确定测点地应力时，当所钻取的岩芯直径不超过3cm的条件下，钻取完整岩芯的长度约4cm即可达到完全应力解除。这与套芯应力解除需要钻取不少于30cm长的岩芯相比具有明显的优势，除了可以避免断芯之外，还使得本方案有可能在较碎、有岩饼等较差的岩石条件下得到应用。此外，本方案理论上完备，不需要对主应力量值和方向做假定，克服了水力压裂法的重大缺陷，在理论上它也能用于深部钻孔的地应力测量。因此，本方案是一种有发展前途的地应力测量方法。
该方法能够准确地对不同的地质的地应力进行预测，使得地应力的预测结果准确，操作人员根据结果进行相应的操作，页岩气钻探收益达到最佳，解决了现有对于地应力的预测方法效率低，而且预测的结果也不准确，造成开采时对设备和技术的难度超过预期，造成重大的经济损失的问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术、方法实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.页岩气藏三维地应力预测评价方法，其特征在于，包括以下步骤：采用直径为150mm的钻头钻孔，选择测量孔段的原则是避开钻孔附近其他建筑物对该段的影响，保持该小段钻孔岩性完好、性质相同，在测量钻孔段孔壁选取3条平行于钻孔轴线的线，它们与钻孔轴线间的夹角一般在110°～130°范围内选择，在每条线上选取直径为3cm的圆形局部壁面，并且把它们视为测量“点”，这3个局部壁面在钻孔轴线方向上间隔距离应保证对某一局部壁面实施应力解除时不会给邻近的测点应力状态带来影响，在每个局部壁面上黏贴一个应变化，采用壁厚为2mm的外径为34mm的环形钻头对每个局部壁面进行应力全解除，在进行应力全解除的过程中，解除槽深度h与被解除的壁面直径d有关，当h/d=1.2时，该局部壁面的应力已全部解除，用环形钻头对每个局部壁面进行应力解除时，监测黏贴的应变花的微应变值变化与钻进深度的全过程曲线，根据获得的各应变片在应力解除过程中的应变变化值和钻孔的方位角等参数，将测得的应变值组合在一起，分析最终可得到大地坐标系的三维地应力张量。
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