一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法技术

本发明专利技术公开了一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法，它包括以下步骤：S1、获取各向异性地层岩石的弹性模量（E、E’）和泊松比（μ、μ’）；S2、根据平行和垂直于地层岩石层理面方向的巴西劈裂实验，确定各向异性地层岩石平行于层理面的抗张强度Tm和垂直于层理面的抗张强度Tb；S3、根据测井资料获取各向异性地层的地质力学参数；S4、获取各向异性地层岩石中层理面的产状参数。本发明专利技术的有益效果是：综合考虑岩石弹性模量各向异性、抗张强度各向异性和层理面产状角等因素建立各向异性地层井壁破裂压力计算方法，更加符合各向异性地层直井钻井的实际情况；提高破裂压力计算的精度，可为各向异性地层钻井和水力压裂提供理论指导。

【技术实现步骤摘要】
一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法
本专利技术涉及一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法。
技术介绍
钻井技术是地热开采、油气开发、天然气地下储存、CO2地质埋存、核废料地质处置等相关工程的重要技术手段。对于钻井工程而言，地层破裂压力是钻井井身结构设计、钻井液密度优化、钻井施工措施制定的重要基础参数和依据。如果不能准确掌握地层的破裂压力，将难以准确控制井筒压力始终处于安全窗口范围内，一旦地层被井筒压力压裂(即地层发生破裂)，就会发生井漏事故，井漏是钻井工程中最为棘手的问题之一。钻井过程中一旦发生井漏复杂情况，有可能诱发井塌、卡钻、井喷等复杂事故的发生，这些通常都会造成巨额的经济损失、较长的非生产时间，严重影响钻井效率和作业成本。对于地热资源开采而言，地热开采通常都需要进行必要的水力压裂，尤其是深部干热岩地热开采，通过水力压裂裂缝连通注水井和开采井，以改善地层的有效传热效率，从而提高地热资源开发效率，其中，地层破裂压力是地热井水力压裂设计的重要基础参数，对地热开采具有重要作用。对于油气开发而言，油气开发通常需要进行必要的水力压裂，以改善井周地层的有效渗透率，从而提高油气井的产量和最终采收率，其中，地层破裂压力也是油气井水力压裂设计的重要基础参数，对油气开发具有重要作用。此外，对于天然气地下储存、CO2地质埋存和核废料地质处置等相关工程，通常需要将天然气、CO2和核废弃物保存在地下地层中，需要防止其发生泄漏，其基础就是要使储存的压力低于地层破裂压力，破裂压力是相关设计的重要基础依据。由此可见，准确预测地层破裂压力可以有效避免钻井井漏及其诱发产生的井下复杂事故，可以为地热井和油气井水力压裂提供基础依据，可以为天然气地下储存、CO2地质埋存和核废料地质处置等相关工程提供设计基础参数，对于确保钻井工程、地热开采、油气开发、天然气地下储存、CO2地质埋存、核废料地质处置等相关工程的安全与高效建设提供了重要指导和基础依据。国内外学者已经针对直井地层破裂压力预测开展了较为深入的研究，形成了多种比较经典的经验或半经验的模型和解析解模型，如Hubbert-Willis模型、Matthews-Kelly模型、Haimson-Fairhurst模型、Eaton方法、Anderson模型、黄荣樽模型等，破裂压力的预测精度随着这些模型的发展得到了极大改善。其中，解析解模型是基于Kirsch方程和最大拉应力准则推导得到的，该类模型假设井壁围岩岩石是各向同性连续介质，这对于浅部地层破裂压力预测是合理的。但是，对于埋藏较深、地质构造作用强烈的沉积岩地层，存在较为显著的各向异性，各向同性假设已经不能满足实际需求。但是，实际地层通常是各向异性的，地层岩石的各向异性通常表现在岩石模量各向异性、抗张强度各向异性和地应力各向异性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法，它包括以下步骤：S1、根据室内岩石力学实验、声波测井和偶极横波测井资料，获取各向异性地层岩石的弹性模量(E、E’)和泊松比(μ、μ’)，垂向和横向的弹性模量及泊松比的计算式：式中：E、E’分别为横向和垂向杨氏模量；μ、μ’分别为横向和垂向泊松比；S2、根据平行和垂直于地层岩石层理面方向的巴西劈裂实验，确定各向异性地层岩石平行于层理面的抗张强度Tm和垂直于层理面的抗张强度Tb；S3、根据测井资料获取各向异性地层的地质力学参数，所述地质力学参数包括孔隙压力Pp、垂向地应力σv、最大水平地应力σH和最小水平地应力σh；孔隙压力Pp为式中：Pp为地层孔隙压力；Pw为地层水静液柱压力；x为伊顿(压实)指数；L’和L为所选取的测井或钻井参数，可以是纵波时差、电阻率、地震层速度、dc指数等，且满足L’/L<1；垂向地应力σv为式中：σv为垂向地应力；H为地层埋藏深度，m；ρ(z)为岩性密度测井数据；g为重力加速度；最大水平地应力σH和最小水平地应力σh为式中：σH、σh分别为最大、最小水平地应力；α为Biot系数，α＝1-Cma/Cb；Cma和Cb分别为岩石骨架压缩系数和体积压缩系数，对于各向异性地层Cma＝0.206、εH、εh分别为最大、最小水平主应变；S4、通过野外露头测试和成像测井资料，获取各向异性地层岩石中层理面的产状参数，所述产状参数包括层理面倾角αw和倾向βw；S5、根据所述岩石力学参数、地质力学参数和岩石层理面产状，计算井壁应力分布，采用叠加原理将应力分布分为3部分：井眼钻开前所作用的原地应力分量、井眼形成所引起的应力分量、井壁流体压力引起的应力分量，并分别求解获得最终解；S6、根据所述井壁应力分布结果，采用各向异性抗张强度准则，计算并确定各向异性地层井壁破裂压力：本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术综合考虑岩石弹性模量各向异性、抗张强度各向异性和层理面产状角等因素建立了各向异性地层井壁破裂压力计算方法，更加符合各向异性地层直井钻井的实际情况。(2)本专利技术提高了破裂压力计算的精度，可为各向异性地层钻井和水力压裂提供理论指导。附图说明图1为本专利技术计算各向异性地层井壁破裂压力的流程图；图2为确定各向异性地层岩石平行于层理面的抗张强度Tm和垂直于层理面的抗张强度Tb的示意图；图3为层理面倾角αw和倾向βw的位置示意图；图4为井壁应力分布模型图；图5为开展平行和垂向层理方向岩样后轴向应变与单轴压缩强度的关系图；图6为开展不同加载角度情况下岩样的巴西劈裂实验后轴向位移与轴向载荷的关系图；图7为井壁周向应力计算结果图；图8为各向同性破裂压力计算结果图；图9为模量各向异性破裂压力计算结果图；图10为强度各向异性破裂压力计算结果图；图11为全部各向异性破裂压力计算结果图；图12为弹性模量各向异性系数nE＝1.0情况下的破裂压力图；图13为弹性模量各向异性系数nE＝2.0情况下的破裂压力图；图14为弹性模量各向异性系数nE＝3.0情况下的破裂压力图；图15为弹性模量各向异性系数nE＝4.0情况下的破裂压力图；图16为泊松比各向异性系数nv＝1.00情况下的破裂压力图；图17为泊松比各向异性系数nv＝0.75情况下的破裂压力图；图18为泊松比各向异性系数nv＝0.50情况下的破裂压力图；图19为泊松比各向异性系数nv＝0.25情况下的破裂压力图；图20为强度各向异性系数k＝1.0情况下的破裂压力图；图21为强度各向异性系数k＝2.0情况下的破裂压力图；图22为强度各向异性系数k＝3.0情况下的破裂压力图；图23为强度各向异性系数k＝4.0情况下的破裂压力图；图24为水平地应力比值n＝1.0情况下的井壁破裂压力图；图25为水平地应力比值n＝1.2情况下的井壁破裂压力图；图26为水平地应力比值n＝1.6情况下的井壁破裂压力图；图27为水平地应力比值n＝2.0情况下的井壁破裂压力图；图28为孔隙压力梯度pp为30MPa情况下的破裂压力图；图29为孔隙压力梯度pp为35MPa情况下的破裂压力图；图30为孔隙压力梯度pp为40MPa情况下的破裂压力图；图31为孔隙压力梯度pp为45MPa情况下的破裂压力图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述，本专利技术的保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、根据室内岩石力学实验、声波测井和偶极横波测井资料，获取各向异性地层岩石的弹性模量(E、E’)和泊松比(μ、μ’)，垂向和横向的弹性模量及泊松比的计算式：

【技术特征摘要】
1.一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、根据室内岩石力学实验、声波测井和偶极横波测井资料，获取各向异性地层岩石的弹性模量(E、E’)和泊松比(μ、μ’)，垂向和横向的弹性模量及泊松比的计算式：式中：E、E’分别为横向和垂向杨氏模量；μ、μ’分别为横向和垂向泊松比；S2、根据平行和垂直于地层岩石层理面方向的巴西劈裂实验，确定各向异性地层岩石平行于层理面的抗张强度Tm和垂直于层理面的抗张强度Tb；S3、根据测井资料获取各向异性地层的地质力学参数，所述地质力学参数包括孔隙压力Pp、垂向地应力σv、最大水平地应力σH和最小水平地应力σh；孔隙压力Pp为式中：Pp为地层孔隙压力；Pw为地层水静液柱压力；x为伊顿(压实)指数；L’和L为所选取的测井或钻井参数，可以是纵波时差、电阻率、地震层速度、dc指数等，且满足L’/L<...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天寿，付建红，李枝林，郭印同，吴必胜，王贵，孔祥伟，刘阳，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51