摘要：地应力是油气藏全生命周期中井壁稳定分析、水力压裂设计、地层出砂预防、套损预测防治和油气开采措施制定的重要基础参数.针对缺乏三维地震资料情况下的三维地应力场预测问题,以工区已钻井地应力测井解释结果为基础,建立了一种基于物理约束的分布式神经网络三维地应力预测模型.首先,采用测井解释方法获得工区已钻井地应力单井剖面,并通过Kriging插值构建三维地质模型;其次,将测井数据和三维地质模型的三维空间坐标喂入3个并行的全连接神经网络,引入地应力物理约束条件,提出了数据和物理双约束的条件,进而通过三维空间坐标实现三维地应力场的预测;再次,优选了数据和物理双约束的权重参数,与人工神经网络、支持向量回归、随机森林等三种机器学习模型以及克里金插值模型进行了对比;最后,评价了不同机器学习模型预测地应力的效果.研究结果表明:(1)研究区域的地应力满足潜在正断层应力状态,即垂向地应力>最大水平地应力>最小水平地应力;(2)数据和物理双约束权重参数取值对预测结果有显著影响,当权重参数λ=0.2时,三维地应力预测效果最优;(3)与人工神经网络、支持向量回归、随机森林、克里金插值等模型相比,本文模型预测得到的地层三维地应力和孔隙压力更准确,在工区内测试集预测得到的垂向地应力、最大水平地应力、最小水平地应力和地层孔隙压力的最大相对误差分别为0.63%、7.59%、7.16%、3.21%,而且,本文模型能够更加准确捕捉地应力梯度的三维变化特征,水平井段地应力和地层孔隙压力参数的正态分布特征明显.结论认为,物理约束的分布式神经网络模型能有效融合地形构造与地应力之间的联系,提高三维地应力预测的准确性和可解释性,为油田三维地应力场的预测提供了一种新的思路.

摘要：基于统一强度理论弱面准则,结合水平井井壁应力状态,分析了层理性地层弱面产状和准则中特定参数b对水平井井壁稳定性的影响规律。研究结果表明,水平井钻进方位、弱面倾角和走向均与安全钻井液密度密切相关。弱面倾角在60°～90°时,沿着特定方向钻进,井壁稳定性较好;除弱面走向为0°外,危险钻进方位均为0°和180°。随着b值升高,安全钻井液密度ρm逐渐降低,在b为0和1.00时,ρm分别达到最高、最低值。在不同b值时,水平井安全钻进方位虽存在略微差异但大体上相近,与b=0时的Mohr-Coulomb弱面准则相比,计算结果更接近实际情况。基于统一强度理论的弱面准则更适用于层理性地层水平井井壁稳定性分析以及钻进方位和钻井液密度的设计。

摘要：超长水平段水平井技术已经成为低渗透、非常规油气资源开发的重要技术保障,国内已钻成了多口3000 m及以上长水平段水平井。由于水平段过长,导致摩阻扭矩大、井眼轨迹控制难、井眼清洁困难、钻压施加难、井壁稳定性差等问题。针对这些难点梳理了3000 m及以上长水平段水平井钻井的关键技术,包括井眼轨道优化设计、井眼轨迹控制、钻井液性能提高、降摩减阻和“一趟钻”等。在此基础上提出了3000 m长水平段水平井技术发展方向,以助于提高该技术的应用效果和技术整体水平。

摘要：为了揭示页岩本体和层理面力学强度特性及弱化对井壁稳定影响,基于直剪试验并结合弱面强度准则,分析了页岩抗剪强度参数的弱化规律。研究结果表明,水基钻井液浸泡下页岩本体和弱面强度均显著降低,且水基钻井液对弱面弱化影响大于对本体强度的影响。随着浸泡时间增加页岩强度逐渐降低,且最低强度逐渐左移;发生弱面破坏的角度范围逐渐增大;随着围压升高,页岩强度升高且发生弱面破坏的角度范围逐渐变小。坍塌压力与水平井钻进方位、弱面产状密切相关,其差异最高达到0.444 1 g/cm3,整体上水平井井眼沿着最小水平地应力方位钻进时井壁稳定性最好。随井眼钻开时间增加,当量坍塌压力逐渐升高。研究结果可为页岩气水平井钻井设计提供参考依据。

摘要：由于页岩气储层呈低渗物性特征,需要进行储层改造才能获得工业价值的天然气流。页岩气储层经过水力压裂产生的人工裂缝是页岩气产出的主要通道,通过裂缝监测手段可以确定裂缝的延伸特征,利用这些信息优化压裂设计,实现页岩气藏管理的优化。通过调研分析国外文献,可知目前国外常用的页岩气井水力压裂裂缝监测主要有直接近井筒裂缝监测、井下微地震监测方法、测斜仪监测和分布式声传感裂缝监测,对比分析了这几种裂缝监测方法的监测能力和适应性。在这些压裂监测技术中直接近井筒裂缝监测技术只作为补充技术,井下微地震裂缝监测是目前应用最广泛、最精确的方法,测斜仪裂缝监测的应用也比较广泛但无法用于深井,分布式声传感裂缝监测在2009年首次用于现场压裂监测还处于起步阶段。先进页岩气井水力压裂裂缝监测技术的应用大大增加了水力压裂增产措施的有效性和经济性。