閆鳳林 翁小紅 李 祥 楊海軍 李建君 王曉剛

(中國石油西氣東輸管道公司儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目部， 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

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鹽穴儲(chǔ)氣庫地應(yīng)力測(cè)試新方法

閆鳳林 翁小紅 李 祥 楊海軍 李建君 王曉剛

(中國石油西氣東輸管道公司儲(chǔ)氣庫項(xiàng)目部， 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

闡述了水壓致裂法測(cè)試地應(yīng)力的原理及測(cè)試過程，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。該方法具有測(cè)試過程簡(jiǎn)單、用時(shí)少、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠準(zhǔn)確可靠地獲得鹽巖層水平最小主應(yīng)力，為鹽穴儲(chǔ)氣庫計(jì)算庫容規(guī)模、工作氣量以及安全運(yùn)行提供了關(guān)鍵的地質(zhì)參數(shù)。

水壓致裂； 最小水平主應(yīng)力； 鹽穴儲(chǔ)氣庫； 測(cè)試方法

水平最小主應(yīng)力是鹽穴儲(chǔ)氣庫建設(shè)過程中的重要參數(shù)，其值的大小決定儲(chǔ)氣庫運(yùn)行的上限壓力，進(jìn)而決定儲(chǔ)氣庫工作氣量和庫容。目前，在鹽穴儲(chǔ)氣庫中廣泛應(yīng)用的地應(yīng)力測(cè)試方法是破裂壓力法，認(rèn)為破裂壓力即為測(cè)試層位的水平最小主應(yīng)力，但地層的破裂壓力受到近井筒周圍的應(yīng)力集中、地層破壞、注水速率、流體黏度等因素的影響，通常會(huì)大于水平最小主應(yīng)力?；谀壳皽y(cè)試方法無法獲得準(zhǔn)確的地層水平最小主應(yīng)力，研究采用水壓致裂法進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)試，認(rèn)為破裂閉合壓力是地層真實(shí)的水平最小主應(yīng)力。

1 水壓致裂法測(cè)量地應(yīng)力的原理

水壓致裂法測(cè)量地應(yīng)力具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在巖體工程、石油鉆探以及地震研究等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]，該方法被認(rèn)為是目前最有效、最可靠的深層地應(yīng)力測(cè)試方法。其測(cè)試原理是：在豎直鉆孔內(nèi)封隔一段，通過小體積、高壓流體注入，在測(cè)試層位產(chǎn)生一條張性裂縫并將該裂縫擴(kuò)展到遠(yuǎn)離井筒影響范圍的原始地層中，然后停止流體注入，裂縫將隨壓力下降而閉合；通過地質(zhì)力學(xué)與瞬態(tài)滲流的理論方法分析壓降曲線，計(jì)算破裂閉合壓力，該壓力通常等效于地層的最小主應(yīng)力。測(cè)試過程中特征壓力曲線示意圖如圖1所示。

2 測(cè)試儀器與設(shè)備

水壓致裂法測(cè)試地應(yīng)力需要地表壓力系統(tǒng)、地表壓裂控制系統(tǒng)、地表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和井下封隔器等。其中，地表壓力系統(tǒng)包括泵車、高壓軟管、儲(chǔ)液罐和地面管匯等，地表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括壓力傳感器、溫度傳感器、流量計(jì)、數(shù)據(jù)接收儀、計(jì)算機(jī)等。

圖1 水壓致裂法測(cè)試地應(yīng)力特征壓力曲線示意圖

3 測(cè)試過程

3.1 設(shè)備調(diào)試

為保證測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性，需要對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，保證其所有傳感器讀數(shù)正常、采樣系統(tǒng)采樣正常，且在不同工況下都能正常工作。

3.2 試壓

壓力系統(tǒng)試壓：壓力系統(tǒng)連接好后，關(guān)閉井口，對(duì)壓力系統(tǒng)進(jìn)行試壓，當(dāng)達(dá)到測(cè)試壓力后，穩(wěn)壓 10 min，檢查各個(gè)節(jié)點(diǎn)是否出現(xiàn)滲漏。

封隔器試壓：將封隔器放入井下有套管處的地表附近(也可以在地表將封隔器放入和裸眼井徑相同的鋼管中)，同時(shí)設(shè)置封隔器為設(shè)封狀態(tài)，通過地表壓力系統(tǒng)向封隔器加壓到測(cè)試壓力，觀察其是否有異常。

3.3 封隔器入井

將封隔器與鉆桿相連，緩慢送入井底，到井底后將封隔器座封在測(cè)試層位。

3.4 地應(yīng)力測(cè)試

由地表壓力系統(tǒng)向測(cè)試層位注水，然后通過壓裂控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，以低排量向測(cè)試層位注水直到地層破裂，停泵降壓，進(jìn)行實(shí)時(shí)壓降曲線分析，確定地層破裂壓力、瞬時(shí)關(guān)井壓力以及裂縫閉合壓力；重復(fù)以上過程4～5次，檢查測(cè)試的裂縫閉合壓力是否一致。地應(yīng)力測(cè)試施工設(shè)備連接示意圖如圖2所示。

4 數(shù)據(jù)分析

本次地應(yīng)力測(cè)試層段為1 110.0～1 111.9 m深的純鹽巖層，通過上述測(cè)試過程共進(jìn)行了5個(gè)注入、回流測(cè)試周期，得到的井底壓力及流量曲線如圖3所示。

圖2 水壓致裂法測(cè)試地應(yīng)力施工設(shè)備連接示意圖

圖3 測(cè)試層段井底壓力及流量曲線圖

利用平方根法對(duì)測(cè)試壓力曲線進(jìn)行處理計(jì)算，得到各個(gè)測(cè)試周期的無量綱裂縫閉合壓力(見表1)。

無量綱裂縫閉合壓力的平均值為2.564，標(biāo)準(zhǔn)方差為0.033，相對(duì)誤差為1.3%，則該測(cè)試層段無量綱水平最小主應(yīng)力的值為2.564。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1) 水壓致裂法測(cè)試過程簡(jiǎn)單、用時(shí)少、經(jīng)濟(jì)可靠，是獲得地應(yīng)力數(shù)值的有效手段。在鹽穴儲(chǔ)氣庫中利用該方法能夠準(zhǔn)確獲得鹽巖層最小主應(yīng)力，為儲(chǔ)氣庫安全運(yùn)行提供關(guān)鍵的地質(zhì)參數(shù)。

表1 測(cè)試層段特征壓力、流量數(shù)據(jù)表

(2) 精準(zhǔn)控制高壓流體注入排量和體積是水壓致裂法成功測(cè)試地應(yīng)力的關(guān)鍵。注入體積過小，裂縫不能突破井周應(yīng)力集中的區(qū)域，注入體積過大，裂縫將延伸到地層深部，影響儲(chǔ)氣庫的安全運(yùn)行。

(3) 同一測(cè)試層位進(jìn)行多次周期壓裂、回流測(cè)試，是測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的保障。在同一測(cè)試點(diǎn)，每個(gè)測(cè)試周期計(jì)算得到的裂縫閉合壓力值應(yīng)該接近，否則測(cè)試結(jié)果不可靠。

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[2] 趙國平，陳文華，馬鵬，等.水壓致裂法地應(yīng)力測(cè)試在水電工程中的應(yīng)用[J].長江科學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，30(11)：77-82.

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A New Method for Testing Geostress of Salt Cavern Gas Storage

YANFenglinWENGXiaohongLIXiangYANGHaijunLIJianjunWANGXiaogang

(Gas Storage Project Department, West-East Pipeline Company, Petrochina, Zhenjiang Jiangsu 212100, China)

Geostress of salt formation is critical for safe operation of salt cavern gas storage, so this paper elaborates the principle and test process in detail, and data analysis is also carried out for hydraulic fracturing stress measurement. The approach has certain advantages, such as simple testing process, less time and money cost. It can determinate the accurate minimum horizontal main stress of salt formation and provide the key geological parameter of salt cavern gas storage to calculate capacity and work gas volume.

hydraulic fracturing; minimum horizontal main stress; salt cavern gas storage; testing method

2016-10-12

中國石油天然氣股份有限公司科技重大專項(xiàng)“地下儲(chǔ)氣庫關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”( 2015E-40)

閆鳳林( 1986 — )，男，工程師，研究方向?yàn)閮?chǔ)氣庫地質(zhì)及油藏工程。

TE972

A

1673-1980(2017)03-0063-03