测定各向异性地层水平井井壁围岩周向应力的方法技术

本发明专利技术涉及一种测定各向异性地层水平井井壁围岩周向应力的方法，包括：取待测地层的岩芯，平行于岩芯的层理方向而测量岩芯的弹性模量E1、泊松比ν1，垂直于岩芯的层理方向而测量岩芯的弹性模量E2，在相对于岩芯层理方向的多个角度θ下测量岩芯的多个弹性模量Eθ，由E1、ν1、E2和Eθ得到垂直于岩芯层理方向的剪切模量Gθ，建立剪切模量Gθ与角度θ之间的关系，并得到平均剪切模量G，在施工现场测量井筒内压裂液柱的静压力p、待测地层的垂向地应力σv、最大水平地应力σ1和最小水平地应力σ2，由E1、E2、Eθ、p、G、θ、σ1、σ2和τ得到各向异性地层水平井井壁围岩周向应力σθ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气井领域，特别涉及一种测定各向异性地层水平井井壁围岩周向应 力的方法。
技术介绍
预测水平井的井壁围岩周向应力对于指导水平井的压裂有重要意义。在现有技术 中，预测水平井的井壁围岩应力的计算模型大多是针对各向同性地层提出的。但是，实际页 岩大都具有由于层理而引起的各向异性特征，在实际压裂施工中发现，使用各向同性地层 的计算模型得到的结果与实际压裂施工的偏差较大，造成使用各向同性地层的计算模型得 到的结果的实际指导意义不大。 为了更准确地指导各向异性地层地层水平井的压裂施工，需要一种能准确预测各 向异性地层水平井井壁围岩周向应力的方法，W能够更加准确地预测井壁围岩的应力状 态。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种测定各向异性地层水平井井壁围岩周向应力的 方法，包括W下步骤；取待测地层的岩芯，平行于岩芯的层理方向而测量所述岩芯的弹性模 量El、泊松比V1，垂直于岩芯的层理方向而测量岩芯的弹性模量E2,在相对于岩芯层理方 向的多个角度Θ下测量岩芯的多个弹性模量Ee，由El、Vi、E2和Ee得到多个垂直于岩芯 层理方向的剪切模量Ge。建立多个剪切模量Ge与角度Θ之间的关系，并得到平均剪切模 量G。在施工现场测量井筒内压裂液柱的压力P、待测地层的垂向地应力Oy、最大水平地应 力σ1和最小水平地应力σ2。由Ei、E2、Ee、p、G、Θ、σ1、σ2和σV得到各向异性地层水平 井井壁围岩周向应力σe。 根据本专利技术的方法，各向异性地层水平井井壁围岩周向应力σe的得到过程不但 考虑了地层弹性模量的各向异性的影响，还考虑了岩层强度（例如Ee)、地层倾角（即，Θ) 的影响，因此本专利技术的方法可更准确地预测各向异性地层水平井井壁围岩周向应力。此外， 本专利技术的方法所需要的数据可W在实验室通过常规实验手段得到或者通过钻井的地质资 料得到，从而使用本方法测量各向异性地层水平井井壁围岩周向应力非常简单，便于在实 验室进行。 在一个实施例中，σe由W下方法得到： 在一个实施例中，多个剪切模量Ge由W下方法得到： 在一个实施例中，多个剪切模量Ge与相应的角度Θ之间为线性关系。优选地，多 个剪切模量Ge与相应的角度Θ之间的关系能用；Go=G0+b来表达，其中G、b对于特定 地区为常数。在一个实施例中，多个角度Θ的数量最少为四个。多个角度ΘW等差方式而取 得。在一个具体的实施例中，角度Θ为15度、30度、45度、60度和75度。在本申请中，用语"垂直"与页岩层理方向垂直的方向，用语"水平"是指与页岩层 理方向平行的方向。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于；（1)在得到各向异性地层水平井井壁围岩 周向应力0e的过程中，不但考虑了地层弹性模量的各向异性的影响，还考虑了岩层强度、 地层倾角的影响，因此本专利技术的方法可更准确地预测各向异性地层水平井井壁围岩周向应 力。（2)本专利技术的方法所需要的数据可W在实验室通过常规实验手段得到或者通过钻井的 地质资料得到，从而使用本方法测量各向异性地层水平井井壁围岩周向应力非常简单，便 于在实验室进行。【附图说明】在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中： 图1是实施本专利技术的方法的流程图。[001引图2是根据本专利技术的实施例得到的各向异性地层水平井井壁围岩周向应力。【具体实施方式】 下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。 图1显示了实施本专利技术的10 的流程图。包括W下步骤： 步骤11 ;取待测地层的岩芯， 步骤12 ;测量岩芯的力学性质参数。在一个实施例中，力学性质参数包括弹性模 量、泊松比、剪切模量。由于页岩大都具有由于层理，送些层理会导致页岩呈现各向异性的 特征，因此需要在尽可能多的方向上测量页岩的力学性质参数W尽可能精确地表征页岩岩 芯的力学性质。 根据本专利技术的方法，可测量岩芯的W下力学性质参数；平行于岩芯的层理方向的 弹性模量El、泊松比V1 ;垂直于岩芯的层理方向的弹性模量E2 ;相对于岩芯层理方向的多 个角度Θ下的多个弹性模量Ee，即测量多个弹性模量Ee。送些力学参数的测量方法是本 领域的技术人员所熟知的，送里不再赏述。 步骤13 ;由El、V1、E2和Ee得到多个垂直于岩芯层理方向的剪切模量Ge。在一 个实施例中，多个剪切模量Ge可由公式1而得到。 步骤14 ;建立剪切模量Ge与角度Θ之间的关系，并得到平均剪切模量G。送里， 采用数学拟合的方法，得到多个剪切模量Ge与相应角度Θ之间关系，通常该关系为线性关 系。在一个实施例中，多个剪切模量Ge与角度Θ之间的关系能用；Ge=G0+b来表达，其 中G、b对于特定的水平井地区为常数，直线的斜率就是平均剪切模量G。 步骤15 ;测量钻井参数和地层参数。通过施工现场的参数得到井筒内压裂液柱的 压力P、待测地层的垂向地应力〇v、最大水平地应力〇1和最小水平地应力σ2。在一个实 施例中，井筒内压裂液柱的压力Ρ即为泉压。垂向地应力〇ν、最大水平地应力和最小 水平地应力σ2的大小可通过声发射实验在施工现场测得，也可由钻井资料得到。步骤15 中的测量方法和实验方法是本领域的技术人员所熟知的，送里不再赏述。 步骤16,通过岩芯力学性质参数、井参数和地层参数得到各向异性地层水平井井 壁围岩周向应力。由Ei、E2、Ee、p、G、Θ、〇1、〇2和〇v得到各向异性地层水平井井壁围岩 周向应力σ。。在一个实施例中，各向异性地层水平井井壁围岩周向应力σe可由公式2而 得到： 各向异性地层水平井井壁围岩周向应力σe的表达式中包含了Ei、E2、Ee和Θ，也 就是说，σe包含了地层弹性模量的各向异性的影响（即，Ei、E2)、岩层强度（即，Ee)、地层 倾角（即，Θ)的影响，因此σe能更精确地预测水平井的井壁围岩的应力状态。 应注意地是，W上所述的步骤并非顺序进行，本领域的技术人员可W根据实际情 况而改变实施步骤的顺序。 实施例1; 在T1页岩井区的钻取岩芯。在实验室内测量该岩芯的力学性质参数，并且根据公 式1计算了多个剪切模量Ge，如表1所示。根据多个剪切模量Ge，计算得到平均剪切模量 G为 10. 8GPa〇 在T1页岩井区的施工现场通过声发射测量地应力，得到该地区的最大水平地应 力为48. 77MPa，最小水平地应力〇2为42. 44MPa，垂直地应力为50MPa。测得井筒内压 裂液柱的压力P为33MPa〇表1 将W上参数代入到公式2中，并得到各向异性地层水平井井壁围岩周向应力σe 的表达式如下：公式 2-1 图2的曲线31显示是σe(目P，公式2-1)的图像。应注意地是，当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定各向异性地层水平井井壁围岩周向应力的方法，包括以下步骤：取待测地层的岩芯，平行于所述岩芯的层理方向而测量所述岩芯的弹性模量E1、泊松比ν1，垂直于所述岩芯的层理方向而测量所述岩芯的弹性模量E2，在相对于所述岩芯层理方向的多个角度θ下测量所述岩芯的多个弹性模量Eθ，由E1、ν1、E2和Eθ得到多个垂直于所述岩芯层理方向的剪切模量Gθ，建立剪切模量Gθ与角度θ之间的关系，并得到平均剪切模量G，在施工现场测量井筒内压裂液柱的压力p、待测地层的垂向地应力σv、最大水平地应力σ1和最小水平地应力σ2，由E1、E2、Eθ、p、G、θ、σ1、σ2和σv得到各向异性地层水平井井壁围岩周向应力σθ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾义金，张保平，张旭，杨春和，蒋廷学，衡帅，郭印同，贾长贵，姚奕明，周健，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11