盐穴储气库地应力测试新方法

闫凤林 翁小红 李 祥 杨海军 李建君 王晓刚

(中国石油西气东输管道公司储气库项目部， 江苏 镇江 212000)



盐穴储气库地应力测试新方法

闫凤林 翁小红 李 祥 杨海军 李建君 王晓刚

(中国石油西气东输管道公司储气库项目部， 江苏 镇江 212000)

阐述了水压致裂法测试地应力的原理及测试过程，并对测试数据进行了分析。该方法具有测试过程简单、用时少、经济性好等优点，并且能够准确可靠地获得盐岩层水平最小主应力，为盐穴储气库计算库容规模、工作气量以及安全运行提供了关键的地质参数。

水压致裂； 最小水平主应力； 盐穴储气库； 测试方法

水平最小主应力是盐穴储气库建设过程中的重要参数，其值的大小决定储气库运行的上限压力，进而决定储气库工作气量和库容。目前，在盐穴储气库中广泛应用的地应力测试方法是破裂压力法，认为破裂压力即为测试层位的水平最小主应力，但地层的破裂压力受到近井筒周围的应力集中、地层破坏、注水速率、流体黏度等因素的影响，通常会大于水平最小主应力。基于目前测试方法无法获得准确的地层水平最小主应力，研究采用水压致裂法进行地应力测试，认为破裂闭合压力是地层真实的水平最小主应力。

1 水压致裂法测量地应力的原理

水压致裂法测量地应力具有许多独特的优点，在岩体工程、石油钻探以及地震研究等领域应用广泛[1]，该方法被认为是目前最有效、最可靠的深层地应力测试方法。其测试原理是：在竖直钻孔内封隔一段，通过小体积、高压流体注入，在测试层位产生一条张性裂缝并将该裂缝扩展到远离井筒影响范围的原始地层中，然后停止流体注入，裂缝将随压力下降而闭合；通过地质力学与瞬态渗流的理论方法分析压降曲线，计算破裂闭合压力，该压力通常等效于地层的最小主应力。测试过程中特征压力曲线示意图如图1所示。

2 测试仪器与设备

水压致裂法测试地应力需要地表压力系统、地表压裂控制系统、地表数据采集系统和井下封隔器等。其中，地表压力系统包括泵车、高压软管、储液罐和地面管汇等，地表数据采集系统包括压力传感器、温度传感器、流量计、数据接收仪、计算机等。

图1 水压致裂法测试地应力特征压力曲线示意图

3 测试过程

3.1 设备调试

为保证测试数据的可靠性，需要对数据采集系统进行调试，保证其所有传感器读数正常、采样系统采样正常，且在不同工况下都能正常工作。

3.2 试压

压力系统试压：压力系统连接好后，关闭井口，对压力系统进行试压，当达到测试压力后，稳压 10 min，检查各个节点是否出现渗漏。

封隔器试压：将封隔器放入井下有套管处的地表附近(也可以在地表将封隔器放入和裸眼井径相同的钢管中)，同时设置封隔器为设封状态，通过地表压力系统向封隔器加压到测试压力，观察其是否有异常。

3.3 封隔器入井

将封隔器与钻杆相连，缓慢送入井底，到井底后将封隔器座封在测试层位。

3.4 地应力测试

由地表压力系统向测试层位注水，然后通过压裂控制系统调节，以低排量向测试层位注水直到地层破裂，停泵降压，进行实时压降曲线分析，确定地层破裂压力、瞬时关井压力以及裂缝闭合压力；重复以上过程4～5次，检查测试的裂缝闭合压力是否一致。地应力测试施工设备连接示意图如图2所示。

4 数据分析

本次地应力测试层段为1 110.0～1 111.9 m深的纯盐岩层，通过上述测试过程共进行了5个注入、回流测试周期，得到的井底压力及流量曲线如图3所示。

图2 水压致裂法测试地应力施工设备连接示意图

图3 测试层段井底压力及流量曲线图

利用平方根法对测试压力曲线进行处理计算，得到各个测试周期的无量纲裂缝闭合压力(见表1)。

无量纲裂缝闭合压力的平均值为2.564，标准方差为0.033，相对误差为1.3%，则该测试层段无量纲水平最小主应力的值为2.564。

5 结论及认识

(1) 水压致裂法测试过程简单、用时少、经济可靠，是获得地应力数值的有效手段。在盐穴储气库中利用该方法能够准确获得盐岩层最小主应力，为储气库安全运行提供关键的地质参数。

表1 测试层段特征压力、流量数据表

(2) 精准控制高压流体注入排量和体积是水压致裂法成功测试地应力的关键。注入体积过小，裂缝不能突破井周应力集中的区域，注入体积过大，裂缝将延伸到地层深部，影响储气库的安全运行。

(3) 同一测试层位进行多次周期压裂、回流测试，是测量数据准确的保障。在同一测试点，每个测试周期计算得到的裂缝闭合压力值应该接近，否则测试结果不可靠。

[1] 尤明庆.水压致裂法测量地应力方法的研究[J].岩土工程学报，2005，27(3)：350-353.

[2] 赵国平，陈文华，马鹏，等.水压致裂法地应力测试在水电工程中的应用[J].长江科学院学报，2013，30(11)：77-82.

[3] 唐建新，王宏图，李晓红，等.深部岩盐矿地应力的确定及特征分析[J].岩石力学与工程学报，2004，23(23)：3954-3958.

[4] 康红普，颜立新，张剑.汾西矿区地应力测试与分析[J].采矿与安全工程学报，2009，26(3)：263-268.

[5] 康家亮，许蕴宝，赵海阔.水压致裂法在某深埋隧洞地应力测试中的应用[J].东北水利水电，2012，30(12)：24-27.

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

中国石油天然气股份有限公司科技重大专项“地下储气库关键技术研究与应用”( 2015E-40)

闫凤林( 1986 — )，男，工程师，研究方向为储气库地质及油藏工程。

TE972

A

1673-1980(2017)03-0063-03