一种考虑夹层特性的盐膏层套管确定方法技术领域
本发明涉及油气井套管技术领域，具体地说是一种考虑夹层特性的盐膏层套管确定方法。
背景技术
我国大部分油气资源集中在盐下构造，盐岩地层钻井是制约我国石油钻探的关键技术难题。套管的主要作用是钻完井和试油、生产过程中支撑井壁，并作为油气生产的通道。在油气钻井及开采过程中，由于地质因素、人为因素以及工程因素等的影响，会使套管因超出自身承载能力而失稳破坏，如，套管变形、套管开裂、套管错断等，给生产带来巨大的经济损失。有些地区由于复杂的地貌和地质构造条件，导致盐膏层分布上下起伏不定，呈现出极大的非均质特性。夹层多、单层厚度薄是这些地区盐膏层的主要特点，套管变形多发生在夹层交互的井段。如何减少套管损坏是本领域技术人员研究的重要问题。
为了克服现有的套管确定方法存在的技术缺陷，更好地解决套管在盐膏层易变形的问题，提高油气开发经济效益，本发明人积极加以研究和创新，最终发明了一种考虑夹层特性的盐膏层套管确定方法，使其更加具有实用性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种考虑夹层特性的盐膏层套管确定方法，有效防止套管损坏的发生，为含薄夹层盐岩地层套管设计和井筒安全性评价提供了理论依据。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种考虑夹层特性的盐膏层套管确定方法，包括下列步骤：
1)对所钻区域进行构造地质研究和地震解释，得到该地区的实际地质构造和断层分布情况；
2)对正钻井进行岩性录井和岩屑分析，得到具体的地层分层情况和各夹层岩性描述，确定含夹层盐膏层准确、细致的岩性描述；
3)在正钻井含夹层复合盐膏层取心，进行岩石力学参数实验和地应力实验，得到含夹层盐膏层岩石力学参数和地应力；
4)在正钻井盐膏层段进行地层破裂压力实验或漏失实验，确定合理的钻井液密度；
5)利用已钻井的实测地应力资料和实际地质构造，选取合适的本构模型，反演区域盐膏层地应力场；
6)利用含夹层盐膏层使用的钻井液密度、岩石力学参数和地应力，进行套管强度模拟，确定合理的套管类型。
作为优选，所述步骤3包括：
步骤31，从正钻井含夹层复合盐膏层获取天然盐膏岩岩心，按照国际岩石力学标准，采用干取法在室内加工成标准岩样；
步骤32，对加工的标准岩样进行岩石力学参数实验，获得盐膏岩的弹性模量、泊松比、抗压强度、粘聚力和内摩擦角；
步骤33，对加工的标准岩样进行Kaiser效应测量地应力的实验，获得深部盐膏层的水平最大地应力、水平最小地应力和垂向地应力。
作为优选，所述步骤5包括：
步骤51，根据实际地质构造，采用有限差分软件建立与实际相符的三维复杂地质体模型；
步骤52，根据实际地质情况，包括井下温度、应力情况以及盐膏岩的蠕变特性，选取合适的蠕变本构方程；
步骤53，根据建立的三维复杂地质体模型和选取的蠕变本构方程，反演区域盐膏层地应力场。
作为优选，所述步骤6包括：
步骤61，确定设计井段含夹层盐膏层使用的钻井液密度；
步骤62，确定设计井段含夹层盐膏层的岩石力学参数；
步骤63，确定设计井段含夹层盐膏层的水平最大地应力、水平最小地应力和垂向地应力；
步骤64，根据实际地层，采用有限差分软件建立套管-水泥环-含夹层复合盐膏层三维地质模型；
步骤65，在极限条件下，根据实际钻井液密度、岩石力学参数和地应力情况，对选取的套管进行强度校核，确定合理的套管类型。
为了实现上述目的，根据本实施例提供了一种考虑夹层特性的盐膏层套管确定方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取待钻井区域的地质构造和断层分布，并对该区域进行岩性录井和岩屑分析以确定该区域的含夹层盐膏层和相应的夹层岩性描述；
步骤S2：对所述待钻井区域进行盐膏取心，以进行岩石力学和地应力实验获得盐膏层岩石力学参数和地应力参数，并对所述待钻井区域的盐膏层段进行地层破裂压力实验或漏失实验以确定钻井液的密度；
步骤S3：根据已钻井的地应力参数和相应的地质构造选取对应的本构模型，对所述待钻井区域的地应力进行反演；
步骤S4：根据获得的岩石力学参数、地应力参数和钻井液密度进行套管强度模拟，以确定油井套管的类型。
进一步地，在所述步骤S2的过程中，所述步骤S2包括：
步骤S21：采用干取法对获得的盐膏岩心加工成标准岩样；
步骤S22：对所述标准岩样进行岩石力学实验以获得岩石力学参数；
步骤S23：对所述标准岩样进行Kaiser效应测量地应力实验，以获得地应力参数。
进一步地，所述岩石力学参数包括弹性模量、泊松比、抗压强度、粘聚力和内摩擦角；所述地应力参数包括水平最大地应力、水平最小地应力和垂向地应力。
进一步地，在所述步骤S3的过程中，所述步骤S3包括：
步骤S31：根据所述地质构造建立所述待钻井区域的相应的有限差分软件的三维地质体模型；
步骤S32：根据所述待钻井区域的地质情况选取相应的蠕变本构方程；
步骤S33：根据所述三维地质体模型和所述蠕变本构方程对所述待钻井区域的地应力进行反演。
进一步地，所述待钻井区域的地质情况包括井下温度、盐膏岩的蠕变特性以及应力情况。
进一步地，在所述步骤S4的过程中，所述步骤S4包括：
步骤41：确定待钻井段的含夹层盐膏层所使用的对应钻井液密度；
步骤42：确定待钻井段的含夹层盐膏层的岩石力学参数；
步骤43：确定待钻井段的含夹层盐膏层的水平最大地应力、水平最小地应力和垂向地应力；
步骤44：根据地质构造，建立套管-水泥环-含夹层复合盐膏层的有限差分软件的三维地质模型；
步骤45：在极限条件下，根据钻井液密度、岩石力学参数和地应力情况，对选取的套管进行强度校核，确定合理的套管类型。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明针对夹层多、单层厚度薄的地层特点，提供的一种考虑夹层特性的盐膏层套管确定方法，打破传统单一岩性的限制，考虑夹层特性进行盐膏层套管设计，确定适合的套管类型，以便在钻完井过程中为现场施工提供科学依据，以有效防止套管损坏的发生，为含薄夹层盐岩地层套管设计和井筒安全性评价提供了理论依据。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
一种考虑夹层特性的盐膏层套管确定方法，包括有下列步骤：
1)对所钻区域进行构造地质研究和地震解释，得到该地区的实际地质构造和断层分布情况；
2)对正钻井进行岩性录井和岩屑分析，得到具体的地层分层情况和各夹层岩性描述，确定含夹层盐膏层准确、细致的岩性描述；
3)在正钻井含夹层复合盐膏层取心，进行岩石力学参数实验和地应力实验，得到含夹层盐膏层岩石力学参数和地应力；
4)在正钻井盐膏层段进行地层破裂压力实验或漏失实验，确定合理的钻井液密度；
5)利用已钻井的实测地应力资料和实际地质构造，选取合适的本构模型，反演区域盐膏层地应力场；
6)利用含夹层盐膏层使用的钻井液密度、岩石力学参数和地应力，进行套管强度模拟，确定合理的套管类型。
作为上述实施例的优选，其中步骤3包括：
步骤31，从正钻井含夹层复合盐膏层获取天然盐膏岩岩心，按照国际岩石力学标准，采用干取法在室内加工成标准岩样；
步骤32，对加工的标准岩样进行岩石力学参数实验，获得盐膏岩的弹性模量、泊松比、抗压强度、粘聚力和内摩擦角；
步骤33，对加工的标准岩样进行Kaiser效应测量地应力的实验，获得深部盐膏层的水平最大地应力、水平最小地应力和垂向地应力。
其中，步骤5包括：
步骤51，根据实际地质构造，采用有限差分软件建立与实际相符的三维复杂地质体模型；
步骤52，根据实际地质情况，包括井下温度、应力情况以及盐膏岩的蠕变特性，选取合适的蠕变本构方程；
步骤53，根据建立的三维复杂地质体模型和选取的蠕变本构方程，反演区域盐膏层地应力场。
其中，步骤6包括：
步骤61，确定设计井段含夹层盐膏层使用的钻井液密度；
步骤62，确定设计井段含夹层盐膏层的岩石力学参数；
步骤63，确定设计井段含夹层盐膏层的水平最大地应力、水平最小地应力和垂向地应力；
步骤64，根据实际地层，采用有限差分软件建立套管-水泥环-含夹层复合盐膏层三维地质模型；
步骤65，在极限条件下，根据实际钻井液密度、岩石力学参数和地应力情况，对选取的套管进行强度校核，确定合理的套管类型。
本发明中考虑夹层特性进行盐膏层套管设计是对所钻区域进行构造地质研究和地震解释，得到该地区的实际地质构造和断层分布情况，对正钻井进行岩性录井和岩屑分析，得到具体的地层分层情况和各夹层岩性描述，确定含夹层盐膏层准确、细致的岩性描述，在正钻井含夹层复合盐膏层取心，进行岩石力学参数实验和地应力实验，得到含夹层盐膏层岩石力学参数和地应力，在正钻井盐膏层段进行地层破裂压力实验或漏失实验，确定合理的钻井液密度，利用已钻井的实测地应力资料和实际地质构造，选取合适的本构模型，反演区域盐膏层地应力场，利用含夹层盐膏层使用的钻井液密度、岩石力学参数和地应力，进行套管强度模拟，确定合理的套管类型。
我国沙漠地区某部由于其复杂的地貌和地质构造条件，地表高差较大，同一岩性在不同区域的深度范围不同，厚度也不相同，导致库姆格列木群组盐膏层分布上下起伏不定，呈现出极大的非均质特性。夹层多、单层厚度薄是该地区盐膏层的主要特点。对整个区域进行构造地质研究和地震解释，得到该地区的实际地质构造和断层分布情况，对正钻井进行岩性录井和岩屑分析，得到具体的地层分层情况和各夹层岩性描述，确定含夹层盐膏层准确、细致的岩性描述，然后建立实际单井三维地质模型。在极限条件下，根据实际钻井液密度、岩石力学参数和地应力情况，对选取的套管进行强度校核，即可确定合理的套管类型。
某井于2006年12月4日开钻，2007年8月8日到10日下外径250.82+244.47mm技术套管至井深5303.00m，封盐层。250.825mm的套管钢级为TP140V，壁厚15.88mm，套管本身的屈服强度为965MPa。2007年9月7日下直径215.9mm取心钻头遇阻，分析原因为250.82mm技术套管受盐层挤压变形，变形点4970.76m深度处。4968-4975m层段夹层多而薄，岩性变化剧烈，套损点位于两薄层界面附近的盐层内，套管受挤压严重。按照本发明方法结合实际地层条件，建立的套管-水泥环-含夹层盐膏层三维地质模型，考虑夹层和蠕变的影响，进行盐膏层套管设计，以便确定套管类型。采用本发明方法模拟了该井4945-4975m层段盐膏层套管服役情况，模拟得到套管等效应力曲线图。从模拟结果看，下入目的层1个月之后，套管等效应力(966.68MPa)已超过了套管本身的屈服强度(965MPa)，模拟结果与实际相符。提前下入VM140HC×177.8×12.65mm与250.8mm的套管组成双层组合套管，回接至井口(复合套管屈服强度1930MPa)，在之后的钻井、试油该层位未发生套损情况，目前试采安全。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。