本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)和采油技術(shù)方法，尤其涉及一種大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法，屬于油氣勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于井身結(jié)構(gòu)和完井方式不同于直井，大斜度井采油氣過程中面臨著更為復(fù)雜的井下條件。維護(hù)井周圍巖的穩(wěn)定性是降低井下事故發(fā)生的關(guān)鍵問題。在采油氣過程中，生產(chǎn)壓差是可以人為控制的參量。實(shí)驗(yàn)科學(xué)已經(jīng)證明，巖石在一定的應(yīng)力條件下，會(huì)發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致巖石碎裂，碎裂物會(huì)堵塞儲(chǔ)層孔隙、降低儲(chǔ)層滲透率，甚至導(dǎo)致油氣井出砂。因此，將生產(chǎn)壓差控制在一合理的范圍，使井周圍巖處于最穩(wěn)定狀態(tài)，可以消減出砂等儲(chǔ)層傷害問題，延長(zhǎng)油氣井服役時(shí)間。

目前，油氣井生產(chǎn)壓差的制定大多是定性的，并不會(huì)針對(duì)各個(gè)井的不同而進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)置，并且在施工過程中還存在隨意調(diào)整生產(chǎn)壓差的現(xiàn)象，如果生產(chǎn)壓差沒有得到定量化與合理化控制，井周圍巖會(huì)發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致井周圍巖碎裂而造成儲(chǔ)層傷害或出砂。

因此，在采油氣過程中，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)大斜度油氣井的臨界生產(chǎn)壓差是規(guī)避或消減儲(chǔ)層傷害，延長(zhǎng)油氣井壽命的有效途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法，該方法能夠在采油氣的過程中，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)大斜度油氣井的臨界生產(chǎn)壓差，規(guī)避或消減儲(chǔ)層傷害，延長(zhǎng)油氣井壽命。

本發(fā)明提供一種大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法，根據(jù)儲(chǔ)層孔隙壓力和所述油氣井最小允許井底流壓確定；

其中，利用等效深度法確定所述儲(chǔ)層孔隙壓力。

在一實(shí)施方式中，所述根據(jù)儲(chǔ)層孔隙壓力和所述油氣井最小允許井底流壓確定，包括：根據(jù)式1確定所述大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差，

Δp_w＝P_p-p_w 式1

其中，Δp_w為大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差，MPa；P_p為儲(chǔ)層孔隙壓力，MPa；p_w為油氣井最小允許井底流壓。

在一實(shí)施方式中，所述利用等效深度法確定所述儲(chǔ)層孔隙壓力，包括：根據(jù)式2確定所述儲(chǔ)層孔隙壓力，

P_p＝hG₀+h_e(G₀-G_n) 式2

其中，P_p為儲(chǔ)層孔隙壓力，MPa；h為所求地層壓力點(diǎn)的深度，m；G₀為上覆地層壓力梯度，MPa/m；G_n為等效深度處的正常壓力梯度，MPa/m；h_e為等效深度，m。

在一實(shí)施方式中，所述油氣井最小允許井底流壓根據(jù)式3確定，

其中，p_w為油氣井生產(chǎn)過程中的最小允許井底流壓，MPa；σ_H為水平最大主應(yīng)力，MPa；σ_h為水平最小主應(yīng)力，MPa；σ_v為垂向應(yīng)力，MPa；a為井斜方位和水平最大主應(yīng)力方向的夾角，rad；i為井斜角，rad；c為巖石的黏聚力，MPa；為巖石的內(nèi)摩擦角，rad。

在一實(shí)施方式中，根據(jù)組合彈簧模型確定所述水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力。

在一實(shí)施方式中，所述根據(jù)組合彈簧模型確定所述水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力，包括：根據(jù)式4-5確定所述水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力，

其中，σ_H為水平最大主應(yīng)力，MPa；σ_h為水平最小主應(yīng)力，MPa；E為巖石彈性模量，MPa；μ為巖石泊松比；σ_v為垂向應(yīng)力，MPa；α為Biot系數(shù)；ε_H為水平最大主應(yīng)力的構(gòu)造應(yīng)變系數(shù)、ε_h為水平最小主應(yīng)力的構(gòu)造應(yīng)變系數(shù)。

在一實(shí)施方式中，所述垂向應(yīng)力根據(jù)式6確定，

其中，σ_v為垂向應(yīng)力，MPa；ρ_i為第i層地層的密度，kg/m³；g為9.8N/kg；h_i為第i層地層的厚度，m。

在一實(shí)施方式中，使用鉆井誘導(dǎo)縫法確實(shí)所述水平最大主應(yīng)力方向。

本發(fā)明的大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法通過綜合考慮垂向應(yīng)力、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力以及儲(chǔ)層巖石物理力學(xué)性質(zhì)，為大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差提供了科學(xué)的計(jì)算模型，使得油氣井生產(chǎn)壓差的制定更加科學(xué)與合理，最大限度地消減臨界生產(chǎn)壓差不合理造成的儲(chǔ)層傷害，為大斜度油氣井生產(chǎn)壓差預(yù)測(cè)和控制提供了方法技術(shù)，消減了由生產(chǎn)壓差引發(fā)的儲(chǔ)層傷害與出砂問題，填補(bǔ)了大斜度油氣井生產(chǎn)壓差制定的國(guó)際空白，為油我國(guó)氣勘探與開發(fā)提供了技術(shù)支持。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的大斜度井井周圍巖應(yīng)力的分析模型；

圖2為本發(fā)明的大斜度井的井眼在極坐標(biāo)中的位置示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法得到的儲(chǔ)層內(nèi)不同深度的臨界生產(chǎn)壓差曲線圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法，該臨界生產(chǎn)壓差根據(jù)儲(chǔ)層孔隙壓力和所述油氣井最小允許井底流壓確定，具體地，臨界生產(chǎn)壓差根據(jù)式1確定：

Δp_w＝P_p-p_w 式1

其中，Δp_w為大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差，MPa；P_p為儲(chǔ)層孔隙壓力，MPa；p_w為油氣井最小允許井底流壓。

本發(fā)明的大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法為大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差提供了計(jì)算模型，該計(jì)算模型從大斜度油氣井井周圍巖受力情況著手，通過分析井周圍巖應(yīng)力的分布規(guī)律而獲得，因此計(jì)算結(jié)果可靠，準(zhǔn)確度高，并且該計(jì)算模型簡(jiǎn)單，適用于在井上作業(yè)對(duì)臨界生差壓差的實(shí)時(shí)分析。其中，大斜度油氣井是指井斜角為60°-86°的油氣井。

儲(chǔ)層孔隙壓力能夠通過等效深度法確定，具體地，根據(jù)式2能夠確定儲(chǔ)層孔隙壓力：

P_p＝hG₀+h_e(G₀-G_n) 式2

式2中，P_p為儲(chǔ)層孔隙壓力，MPa；h為所求地層壓力點(diǎn)的深度，m；G₀為上覆地層壓力梯度，MPa/m；G_n為等效深度處的正常壓力梯度，MPa/m；h_e為等效深度，m。

上述式2中所用到的參數(shù)簡(jiǎn)單易得，都可以通過測(cè)井資料獲取。

油氣井生產(chǎn)過程中的最小允許井底流壓表達(dá)式為：

其中，p_w為油氣井生產(chǎn)過程中的最小允許井底流壓，MPa；σ_H為水平最大主應(yīng)力，MPa；σ_h為水平最小主應(yīng)力，MPa；σ_v為垂向應(yīng)力，MPa；a為井斜方位和水平最大主應(yīng)力方向的夾角，rad；i為井斜角，rad；c為巖石的黏聚力，MPa；為巖石的內(nèi)摩擦角，rad。

另外，水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力能夠根據(jù)組合彈簧模型確定，具體地，根據(jù)式4-5確定水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力：

其中，σ_H為水平最大主應(yīng)力，MPa；σ_h為水平最小主應(yīng)力，MPa；E為巖石彈性模量，MPa；μ為巖石泊松比；σ_v為垂向應(yīng)力，MPa；α為Biot系數(shù)；ε_H為水平最大主應(yīng)力的構(gòu)造應(yīng)變系數(shù)、ε_h為水平最小主應(yīng)力的構(gòu)造應(yīng)變系數(shù)。

垂向應(yīng)力σ_v能夠根據(jù)式6計(jì)算得到：

其中，σ_v為垂向應(yīng)力，MPa；ρ_i為第i層地層的密度，kg/m³；g為9.8N/kg；h_i為第i層地層的，m。

同時(shí)，為了確定第一夾角，需要確定井斜方位和水平最大主應(yīng)力的方向，其中，水平最大主應(yīng)力的方向確定可以利用鉆井誘導(dǎo)縫法，通過識(shí)別井眼形成的瞬間在水平最大主地應(yīng)力方位上產(chǎn)生鉆井誘導(dǎo)縫的方位來確定水平最大主應(yīng)力的方向。

為了更加詳細(xì)的介紹本發(fā)明大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法，下面通過具體的流程對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

1、建立大斜度油氣井井周圍巖應(yīng)力分析模型。

圖1為本發(fā)明的大斜度井井周圍巖應(yīng)力的分析模型。如圖1所示，σ_H為水平最大主應(yīng)力，σ_h為水平最小主應(yīng)力，σ_v為垂向主應(yīng)力；θ為極角；角i為井斜角；角a為第為井斜方位和水平最大主應(yīng)力方向的夾角；1、2、3軸為應(yīng)力主軸，x₁、y₁軸為1、2軸繞3軸旋轉(zhuǎn)a角后對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸，3軸同時(shí)被標(biāo)記為z₁軸；x，y軸為x₁、z₁軸繞y₁軸旋轉(zhuǎn)i角后對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸，z₁軸同時(shí)標(biāo)記為z軸。

圖2為本發(fā)明的大斜度井的井眼在極坐標(biāo)中的位置示意圖，如圖2所示，大斜度井井眼低部位在極角θ＝π的位置。

通過對(duì)井周圍巖應(yīng)力的分析，可以將大斜度井井周圍巖應(yīng)力分量通過坐標(biāo)變換，表示成關(guān)于σ_H、σ_h、σ_v、i、a、θ，以及井底流壓p_w的表達(dá)式，從而建立了本發(fā)明的臨界生產(chǎn)壓差的計(jì)算模型。

2、大斜度井井周圍巖物理力學(xué)參數(shù)與地質(zhì)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定與計(jì)算。

計(jì)算預(yù)防井周圍巖不發(fā)生破壞的最小井底流壓，建立臨界生產(chǎn)壓差計(jì)算模型，計(jì)算儲(chǔ)層深度段的臨界生產(chǎn)壓差。

利用測(cè)井資料，確定水平最大主應(yīng)力方位從而確定第一夾角的方向；利用測(cè)井資料，根據(jù)等效深度法計(jì)算儲(chǔ)層孔隙壓力；利用測(cè)井資料，根據(jù)組合彈簧模型計(jì)算水平最大主應(yīng)力的、水平最小主應(yīng)力的大??；利用測(cè)井資料，計(jì)算預(yù)防井周圍巖不發(fā)生破壞的最小井底流壓。

同時(shí)，本發(fā)明中的夾角a為井斜方位與地層最大水平主應(yīng)力方位的夾角，井斜方位角的測(cè)定需要使用磁性測(cè)斜儀測(cè)量地磁方位，校正得到真方位角，以真方位角正北方向?yàn)?度，以正北方位線為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至井斜方位線所轉(zhuǎn)過的角度即為井斜方位角；地層最大主應(yīng)力方位可以利用鉆井誘導(dǎo)縫法，通過識(shí)別井眼形成的瞬間在水平最大主地應(yīng)力方位上產(chǎn)生鉆井誘導(dǎo)縫的方位來確定；

井斜角i的確定通過使用重力擺錘，擺錘始終位于鉛垂線上，測(cè)量擺錘與井眼方向線的夾角即為井斜角；

極角θ＝π/2。

3、將2中計(jì)算得到的水平最大主應(yīng)力σ_H、水平最小主應(yīng)力σ_h、垂向應(yīng)力σ_v、孔隙壓力P_p、井斜方位與地層最大水平主應(yīng)力方位的夾角a、井斜角i、巖石的黏聚力c、巖石的內(nèi)摩擦角最終代入臨界生產(chǎn)壓差計(jì)算公式，求得儲(chǔ)層深度的臨界生產(chǎn)壓差，如圖3。

圖3為根據(jù)本發(fā)明大斜度油氣井臨界生產(chǎn)壓差的確定方法得到的儲(chǔ)層內(nèi)不同深度的臨界生產(chǎn)壓差曲線圖。其中，針對(duì)儲(chǔ)層內(nèi)6746-6482m的深度范圍(間隔0.125m)進(jìn)行臨界生產(chǎn)壓差的計(jì)算。

本發(fā)明通過綜合考慮水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、以及垂向應(yīng)力對(duì)大斜度油氣井周圍巖石破壞的影響，發(fā)明了一種確定大斜度井臨界生產(chǎn)壓差的方法，使得油氣井生產(chǎn)壓差的制定更加科學(xué)與合理，進(jìn)而最大限度地消減臨界生產(chǎn)壓差不合理造成的儲(chǔ)層傷害，填補(bǔ)了大斜度油氣井生產(chǎn)壓差制定的國(guó)際空白，為油氣勘探與開發(fā)提供了技術(shù)支持。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。