1、断块注水井破裂压力预测方法摘要：针对 D16 断块某部分注水井完不成配注的实际，利用大量压裂现场资料，重新统计确定了 X 地层破裂压力梯度，并沿用原有算法对注水井破裂压力进行了重新计算。应用黄荣樽计算模型（即考虑地层因数、地层孔隙压力、岩石抗拉强度及上覆岩石压力）对注水井破裂压力进行了计算。计算表明，重新计算后的破裂压力值较原有算法均有一定的提高，证实目前井口注入压力具备上提的余地，对 X 油层注够水、注好水具有重要的现实意义。 关键词：D16 断块；地层；注水井破裂压力；地层破裂压力梯度 中图分类号：P535 文献标识码：A 文章编号： 1 重新计算地层破裂压力的意义 D 断块 X 有注水井
2、 13 口，日配注 295m3，日实注 223m3，完不成配注井占总井数的 53.8%。目前使用的破裂压力是根据矿场经验法进行预测的，该方法把地层破裂压力视为只随地层深度变化的函数，即 Pf=0.01795*H-H/100 式中：0.01795 为地层破裂压力梯度，单位为 MPa/m，H 为射孔顶界深度，单位为 m，该公式虽然使用方便，但存在三个不足： （1）地层破裂压力梯度需重新计算。该梯度是根据 D16 和德 D19 两口探井五个压裂层段的破裂压力统计得来，选井选层数据少，代表性不强，随着区块压裂层段的逐渐增加，计算地层破裂压力仍使用原来的破裂压力梯度值将存在一定的误差。 （2）计算精度不
3、高。式中把水的重力加速度按 10N/Kg 计算，实际精确算法应使用 9.8N/Kg。 （3）对于分层井未考虑水嘴压力损失。根据嘴损方程、分层井水嘴大小及日注水量可求得各层嘴损。计算表明，水嘴小于 7mm 的层段嘴损较大，最大的达到 5.5957MPa，不考虑嘴损，对于分层注水井的井口破裂压力计算将存在较大误差。 随着地应力的变化，把地层压力只视为上覆岩压函数的模型不能准确预测注水井的破裂压力，因此应用既能反映上覆岩压力，又能反映地质构造因素的计算模型计算地层破裂压力，对注够水、注好水，预防套损，保持油层能量具有重要意义。 2 计算地层破裂压力的几种算法 目前国内外计算地层破裂的方法可以分为 3
4、 类：一是矿场经验法进行预测；二是利用数学模型进行预测，三是利用地质参数进行预测。矿场经验法前面已经提到，这里主要介绍后两种预测模型。 2.1 数学模型预测方法主要有伊顿法、斯蒂芬法和黄荣樽法1，2。 （1）伊顿法。伊顿法参数较少，使用简单，比较适用于地层沉积较新，受构造运动影响较小的连续沉积盆地。 （2）斯蒂芬法。斯蒂芬法与伊顿法的主要区别在于前者将构造应力所产生的影响从岩石泊松比中分解出来，计算时可直接使用实测的泊松比值。 （3）黄荣樽法。黄荣樽法主张地层的破裂是由井壁上的应力状态决定，而且考虑了地下实际存在的非均匀地应力场的作用和地层本身强度的影响，预测的准确误差小于 5%。 2.2 利
5、用地质参数预测方法主要有安得森法和利用声波测井资料进行预测3。 （1）安德森法。安德森在考虑井壁上应力集中的影响，即假定无构造应力，地层抗拉强度为零且取均匀水平应力的条件下，提出地层破裂压力的预测公式。安德森认为砂岩中的泥质含量对泊松比值及砂岩的形态变化有明显影响，提出可用测井资料建立泊松比与泥质含量关系求得泊松比值，然后确定地层的破裂压力。 （2）利用声波测井资料预测。华北油田、石油大学、江汉石油学院3 家合作提出的一套用声波资料预测地层破裂压力方法，考虑了岩层静泊松比和杨氏模量对破裂压力的影响。 3 计算所用模型 使用地层破裂压力梯度和黄氏算法进行分别计算。注水井井口破裂压力的确定与地层破
6、裂压力和静液柱压力有关，他们的关系：Pf 井=Pf-PH， （1） 式中：Pf 井为注水井井口破裂压力，MPa；Pf 为地层破裂压力，MPa；PH 为静液柱压力，MPa。 3.1 利用地层破裂压力梯度计算 计算地层破裂压力梯度的算法很多，本文使用现场施工参数进行确定。 PB=PI+PH， （2） ；GF=PB/H， （3） 式中：PB 为施工时的井底处理压力，MPa；PI 为瞬时停泵压力，MPa；PH 为静液柱压力，MPa；GF 为破裂压力梯度，MPa/m。 通过现场施工参数及式（2）和式（3） ，得到地层破裂压力梯度在0.0174-0.0189MPa/m 之间，见表 1。 表 1 D16 断
7、块 X 地层破裂压力梯度表 根据（3）式及表 1 可以画出 H 与 PB 的散点图，见图 1，利用图中的趋势线确定 GF 为 0.0183MPa/m。 图 1 深度与破裂压力关系散点图图 2 确定 值散点图 将计算的地层破裂压力梯度带入（1）式可算得各个水井的井口破裂压力，见表 2。 表 2 应用地层破裂压力梯度计算水井井口破裂压力表 3.2 利用黄氏算法进行计算 黄氏算法主张地层破裂压力不仅与上覆岩压力有关，而且还与地层孔隙压力、地层构造因素、岩石的抗张强度有关，为了计算和应用方便，把描述与地质构造因素相关的参数统一用地层因数 来描述。计算使用的模型为： Pf=Pp+(Pob-Pp)+St，
8、 （4） 式中：Pf 为地层破裂压力，MPa；Pp 为孔隙压力，MPa；Pob 为有效上覆岩层压力，MPa； 为地层因数，无因次；St 为地层抗拉强度，MPa。 （1）抗拉强度。在压裂的过程中当地层被压裂后，突然停泵让裂缝闭合，此时破裂压力为瞬时停泵压力 PS，然后再开泵使裂缝重新张开，重新张开压力 Pr，地层破裂压力与重新张开压力之差可近似认为是地层的抗拉强度 St，即 St=Pf-Pr， （5） （2）上覆岩压力。通过压裂施工曲线，运用实测地层破裂压力，反演、拟合得出地层密度曲线，计算上覆岩压力4，得出： Pob=0.0098（aHH-aH+bH） ， （6） 式中 a 和 b 是曲线的截
9、距和斜率，其中 A=0.0098（Pf1-Pp1-St1）（H2H2-H2）-0.0098（Pf2-Pp2-St2）（H1H1-H1） B=0.0098H2（Pf1-Pp1-St1）-0.0098H1（Pf2-Pp2-St2） C=Pp2（Pf1-Pp1-St1）+ Pp1（Pf2-Pp2-St2） 应用最小二乘法可拟合出 a 和 b，根据（6）式可计算不同深度的Pob。 （3）地层孔隙压力。模型中地层孔隙压力对于水井来说是水井静压，可通过实测水井静压获得。 （4）地层因数。根据压裂施工曲线，运用实测的破裂压力，根据（4）式反算得出。 4 实例计算及对比 运用 D16 断块 X 层实测地层破裂
10、压力 Pf 实数据，拟合出 a 和 b，得到该区块的上覆岩压力为 Pob=0.0098（0.1025HH-0.1025H+1.3091H） ， （7） 应用式（4）和实测破裂压力反算地层因数，见表 3。 表 3 D16 断块 X 层上覆岩压力及地层因数 由表 3 可以看出地层因数在 0.55-0.95 之间，利用（4）式的计算关系式可画出散点图，见图 2，确定 为 0.7119。 将 =0.7119 代入式（4）计算注水井地层破裂压力，见表 4。 表 4 应用黄氏算法计算水井井口破裂压力表 用黄氏算法和地层破裂压力梯度算法与实际井口破裂压力对比，见表 5，应用地层破裂梯度法算得的平均绝对误差为
11、 0.7MPa，黄氏算法为1.45MPa。 表 5 两种算法与实际井口破裂压力对比表 5 结论 （1）目前使用的水井井口破裂压力计算精度不高，地层破裂压力梯度也需重新计算。分层注水井的水嘴压力损失，特别是水嘴直径较小的井，嘴损是个不可忽略的压力损失，可适当提高注水压力来弥补嘴损。 （2）利用破裂压力梯度法和黄氏算法对 D16 断块注水井地层破裂压力进行重新计算，根据计算结果，水井的井口破裂压力还有提高的空间，为实际生产提供了参考依据。 参考文献： 1万仁溥，罗英俊.采油技术手册M.北京：石油工业出版社，1998. 2史晓飞.地层破裂压力的预测方法探讨J.电大理工，2006. 3王立军，吕波，吴峰等.注水井地层破裂压力预测方法及应用J.大庆石油学院学报，2006.
