碳酸盐岩储层试油技术研究.doc

第3章 碳酸盐岩储层试油技术研究 3.1碳酸盐岩完井技术 3.1.1裸眼完井储层改造后井壁坍塌问题研究 1．深层岩石力学参数的实验测试 实验装置由高温高压三轴室、围压加压系统、轴向加压系统、数据自动采集控制系统等四大部分组成。高温高压三轴室的设计指标为围压为140MPa，可容纳岩样的尺寸为Ф25。最大轴压为1500KN，轴向应变测试范围为5mm/mm，周向应变测试范围为4mm/mm。围压、轴向载荷与位移、应变等信号由数据自动采集控制系统TESTSTARII来采集与控制。通过对36块岩心的深层岩石力学参数的实验测试,获得了地层岩石的弹性特征和强度特征，实验结果表明碳酸盐岩储层的岩芯测试静态泊松比在0.21～0.29之间，单轴条件下，弹性模量在3.3～4.2×104MPa之间，岩石抗压强度在80～120MPa之间波动；围压条件下，弹性模量在4.0～5.1×104MPa之间，岩石抗压强度在170～230MPa之间波动。并且得到了弹性模量与围压的关系： GPa （3.1.1） 泊松比与与围压的关系： （3.1.2） 体积压缩系数与围压的关系： 1/MPa （3.1.3） 对碳酸盐岩岩芯进行围压Kaiser效应实验，围压压为17Mpa，完成了4口井11组(33块岩心)的地应力测试，实验结果表明水平最大地应力2.17～2.48MPa/100m范围，水平最小地应力1.60～1.89MPa/100m范围。 测试了4口井17组岩石断裂韧性, 从测试的结果看，碳酸盐岩的断裂韧性属于中等大小，大于一般砂泥岩，但小于致密泥页岩的断裂韧性。 为了研究酸化施工对岩石性质的影响，根据酸压中的实际情况，通过静态高温酸岩反应试验、常规力学参数试验等，初步探讨酸压过程中酸蚀对裂缝型和基质型灰岩力学特性的影响，试验装置为中国石油大学(北京)钻井液实验室自行设计的静态高温酸岩反应装置。该项试验所用的岩芯共为48块(基质型和裂缝型各24块)，所有试验的面容比都相同，即每一块标准岩芯都是与150 ml酸在相同的规定时间(60 min)内反应，同时在相同的时间间隔记录下质量的变化，反应温度一直保持在90°(酸压目标储层的平均温度)，试验压力为常压。 (a) 基质型 (b) 裂缝型 图3.1.1 胶凝酸刻蚀模式 图3.1.1为岩样胶凝酸刻蚀模式，从图中可以看出，基质型试样孔隙度不高，为表面均匀刻蚀；而裂缝型试样裂隙发育较完全，局部深度刻蚀较多。图4～6分别给出了试样酸蚀前、后的弹性模量、单轴抗压强度和泊松比。试样1，2，3为基质型灰岩，而试样11，15，16为裂缝型灰岩。图3.1.2，3.1.4表明，胶凝酸对灰岩的软化作用明显，且对裂缝型灰岩影响更大。图3.1.3表明，酸蚀后，灰岩的单轴抗压强度约为酸蚀前的20%左右，胶凝酸对灰岩强度的弱化作用十分强烈，而且酸蚀时均匀刻蚀模式对灰岩力学参数的影响要明显小于局部深度刻蚀模式，酸压对塔中裂缝型灰岩地层的力学影响要比对轮古基质型灰岩地层的大得多。 图3.1.2试样酸蚀前、后的弹性模量 图3.1.3试样酸蚀前、后的单轴抗压强度 图3.1.4试样酸蚀前、后的泊松比 2．试油过程储层稳定性评价 从力学的角度来说，造成井壁坍塌的原因为主要由于井内液柱压力较低，使得井壁周围岩石所受应力超过岩石本身的强度而产生剪切破坏所造成的，此时，对于脆性地层会产生坍塌掉块、井径扩大，而对塑性地层则向井眼内产生塑性变形，造成缩径。井壁坍塌与否与井壁围岩的应力状态、围岩的强度特性等密度切相关。 对于塔中地区，建立以下的井壁稳定模型： 基质型储层： （3.1.4） 裂缝型储层： 当井壁处地应力排序为，维持弱面稳定的液柱压力： （3.1.5） 当井壁处地应力排序为，维持弱面稳定的液柱压力度： （3.1.6） 当井壁处地应力排序为，维持弱面稳定的液柱压力： （3.1.7） 以上式中，；H为井深(m)；为坍塌压力()；为岩石的粘聚力(MPa)；为应力非线性修正系数；；；； ；；弱面法向与最大主地应力的夹角等于弱面地层倾角DIP。 选择裂缝发育的塔中421井研究了裂缝对裂缝储层井壁稳定的影响（如图3.1.5），塔中421地应力方位为北东75度，最大水平地应力，最小水平地应力，地层孔隙压力。可以看出：倾角小于10度的低角度天然裂缝储层，地层最稳定；随倾角增大，维持储层稳定性的最小井底压力增大；低倾角天然裂缝（倾角小于30度）储层，维持稳定性的最小井底压力随裂缝方位先增大，在80度附近达到最大值，而后随裂缝方位增