一种弹塑性地层井周应力场的获得方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种弹塑性地层井周应力场的获得方法及装置，涉及石油钻井及压裂技术。该方法包括：获得井周的岩石力学参数；井周弹性区在孔隙流体压力、弹性区内边界应力和地应力的作用下，建立井周弹性区应力场模型；井周塑性区在孔隙流体压力、井底流体压力的作用下，建立井周塑性区应力场模型；根据井周弹性区和井周塑性区的交界面处应力连续，求得塑性区范围；根据塑性区范围和井周弹性区应力场模型和井周塑性区应力场模型，获得井周弹性区和井周塑性区的径向应力分布和周向应力分布。该方法考虑了孔隙流体压力、井底流体压力和地应力共同作用下的井周岩石弹性、非线性塑性硬化和软化变形，是钻井液安全密度窗口预测和压裂破裂压力预测的基础。

Method and device for obtaining circumferential stress field of elastic plastic formation

The invention provides a method and a device for obtaining the circumferential stress field of an elastic plastic formation. The method includes: obtaining mechanical parameters of rock borehole; borehole elastic zone in the pore fluid pressure and elastic zone boundary stress and stress under the action of the stress field model of borehole elastic zone is established; borehole plastic zone in the pore fluid pressure and bottom hole fluid under pressure, the establishment of the well plastic week of stress field model; according to the borehole elastic zone and the plastic zone around the well at the interface of continuous stress, obtained the plastic zone; according to the plastic zone and elastic zone borehole stress field model and borehole plastic zone stress field model, obtain the borehole elastic zone and wells plastic zone around the radial stress and circumferential stress distribution. This method considers the interaction of pore fluid pressure, fluid pressure and stress at the bottom of the borehole rock elastic and nonlinear plastic hardening and softening deformation, is the safety window of drilling fluid density prediction and fracture pressure prediction based.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油钻井及压裂
，具体而言，涉及一种弹塑性地层井周应力场的获得方法及装置。
技术介绍
在油气田钻井及压裂作业过程中，对井周应力场的准确预测是非常重要的。因为这是钻井液安全密度窗口预测和压裂破裂压力预测的基础。目前钻井过程中每年因钻井液密度窗口预测不准确而造成井壁失稳导致的经济损失超过10亿美元，损失的时间占所有非钻进时间的40％。传统的破裂压力和坍塌压力计算模型主要是建立在弹性力学基础上的，这针对弹性地层是适合的，但是针对弹塑性地层在发生失稳(破裂或坍塌)前已经进入塑性屈服状态，导致对井周应力场的预测不够准确。专利技术有鉴于此，本专利技术提供了一种弹塑性地层井周应力场的获得方法及装置，以改善现有对井周应力场预测不够准确的问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种弹塑性地层井周应力场的获得方法，包括：获得井周的岩石力学参数；当井周弹性区在孔隙流体压力、弹性区内边界应力和地应力的共同作用下，建立关于所述岩石力学参数的第一井周弹性区应力场模型；当井周岩石为岩石力学性质各向同性的连续介质，以及井周塑性区在孔隙流体压力和井底流体压力共同作用下，建立关于所述岩石力学参数的井周塑性区应力场模型；根据所述井周弹性区和所述井周塑性区的交界面处的应力连续，求得塑性区范围；根据所述塑性区范围和所述井周弹性区应力场模型和所述井周塑性区应力场模型，获得所述井周弹性区和所述井周塑性区的径向应力分布和周向应力分布。一种弹塑性地层井周应力的获得装置，包括：岩石力学参数获取模块，用于获取井周的岩石力学参数；井周弹性区应力场模型建立模块，用于当井周弹性区在孔隙流体压力、弹性区内边界应力和地应力的共同作用下，建立关于所述岩石力学参数的第一井周弹性区应力场模型；井周塑性区应力场模型建立模块，用于在井周岩石为岩石力学性质各向同性的连续介质，以及井周塑性区在孔隙流体压力和井底流体压力共同作用下，建立关于所述岩石力学参数的岩石塑性区应力场模型；塑性区范围获取模块，用于根据井周弹性区和塑性区交界面处的应力连续，获得出塑性区范围；井周应力获取模块，用于根据所述塑性区范围和井周弹性区应力场模型以及所述井周塑性区应力场模型获，得井周弹性区应力分布和井周塑性区应力分布。本专利技术实施例提供的弹塑性地层井周应力的获得方法，通过在孔隙流体压力、弹性区内边界应力和地应力的共同作用下建立关于所述岩石力学参数的井周弹性区应力场模型；根据应力平衡条件和应力呈轴对称分布，获得在有孔隙流体压力作用下的应力平衡方程，通过该应力平衡方程结合岩石内应力强度方程、孔隙流体压力导数方程和井眼边界的径向应力等于井底流体压力，获得井周塑性区的硬化区和软化区的径向应力和周向应力分布。全面考虑了弹塑性地层井周在孔隙流体压力、井底流体压力和地应力的共同作用下，井周弹性区的径向应力和周向应力分布和井周塑性区的硬化区和软化区的径向应力和周向应力分布。为准确预测钻井液安全密度窗口和压裂破裂压力提供了基础。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1示出了本专利技术较佳实施例提供的终端的方框示意图；图2为本专利技术第一实施例提供的一种弹塑性地层井周应力场的获得方法的流程图；图3为本专利技术中井眼周围应力分布区域示意图；图4为为本专利技术第一实施例提供的建立第一井周弹性区应力场模型的流程图；图5为本专利技术第一实施例提供的建立在孔隙流体压力作用下的井周塑性区应力模型的流程图；图6为本专利技术第一实施例提供的岩石微分体应力状态图；图7为本专利技术第一实施例应用实例中井周周向应力随r/rw的分布图；图8为本专利技术第一实施例应用实例中井周径向应力随r/rw的分布图；图9为本专利技术第一实施例应用实例中井周应力强度随r/rw的分布图；图10为本专利技术第二实施例提供的一种弹塑性地层井周应力场的获得装置的流程图；图11为本专利技术第二实施例提供的井周弹性区应力场模型获取模块的结构框图；图12为本专利技术第二实施例提供的井周塑性区应力场模型获取模块的结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。如图1所示，是本专利技术较佳实施例提供的终端100的方框示意图。所述终端100包括弹塑性地层井周应力场的获得装置200、存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105。所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现坐标数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述弹塑性地层井周应力场的获得装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述弹塑性地层井周应力场的获得装置200包括的软件功能模块或计算机程序。其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器101(RandomAccessMemory，RAM)，只读存储器101(ReadOnlyMemory，ROM)，可编程只读存储器101(ProgrammableRead-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器101(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器101(ElectricErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序，本专利技术实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器/计算机所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器103，包括中央处理器103(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器103(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹塑性地层井周应力场的获得方法，其特征在于，包括：获得井周的岩石力学参数；当井周弹性区在孔隙流体压力、弹性区内边界应力和地应力的共同作用下，建立关于所述岩石力学参数的第一井周弹性区应力场模型；当井周岩石为岩石力学性质各向同性的连续介质，以及井周塑性区在孔隙流体压力和井底流体压力共同作用下，建立关于所述岩石力学参数的井周塑性区应力场模型；根据所述井周弹性区和所述井周塑性区的交界面处的应力连续，获得塑性区范围；根据所述塑性区范围和所述井周弹性区应力场模型和所述井周塑性区应力场模型，获得所述井周弹性区和所述井周塑性区的径向应力分布和周向应力分布。

【技术特征摘要】
1.一种弹塑性地层井周应力场的获得方法，其特征在于，包括：获得井周的岩石力学参数；当井周弹性区在孔隙流体压力、弹性区内边界应力和地应力的共同作用下，建立关于所述岩石力学参数的第一井周弹性区应力场模型；当井周岩石为岩石力学性质各向同性的连续介质，以及井周塑性区在孔隙流体压力和井底流体压力共同作用下，建立关于所述岩石力学参数的井周塑性区应力场模型；根据所述井周弹性区和所述井周塑性区的交界面处的应力连续，获得塑性区范围；根据所述塑性区范围和所述井周弹性区应力场模型和所述井周塑性区应力场模型，获得所述井周弹性区和所述井周塑性区的径向应力分布和周向应力分布。2.根据权利要求1所述的弹塑性地层井周应力场的获得方法，其特征在于，所述岩石力学参数包括：岩石初始弹性模量、泊松比、岩石屈服应变、岩石破坏应变、岩石抗压强度、摄动参数、水平方向远场地应力、储层初始孔隙流体压力、井底流体压力和供给半径。3.根据权利要求1所述的弹塑性地层井周应力场的获得方法，其特征在于，所述建立关于所述岩石力学参数的第一井周弹性区应力场模型的步骤包括：根据Terzaghi有效应力理论，获得渗流造成的孔弹性应力方程；根据应力叠加原理，将预先获得的第二井周弹性区应力场模型和所述孔弹性应力方程进行叠加，得到所述第一井周弹性区应力场模型，所述第一井周弹性区应力场模型包括井周弹性区的径向应力场方程和周向应力场方程；其中，第二井周弹性区应力场模型为当井周弹性区未受到孔隙流体压力作用时的井周弹性区应力场模型。4.根据权利要求1所述的弹塑性地层井周应力场的获得方法，其特征在于，建立关于所述岩石力学参数的井周塑性区应力场模型的步骤包括：根据应力平衡条件和应力呈轴对称分布，获得在有孔隙流体压力作用下的应力平衡方程；结合所述应力平衡方程、岩石内应力强度方程和孔隙流体压力导数方程，获得在有孔隙流体压力作用下的塑性区应力场导数方程；结合边界条件井眼边界的径向应力等于井底流体压力和所述孔隙流体压力作用下的塑性区应力场导数方程，获得孔隙流体压力和井底流体压力共同作用下的井周塑性区应力场模型，所述井周塑性区应力场模型包括井周塑性区的径向应力场方程和周向应力场方程。5.根据权利要求4所述的弹塑性地层井周应力场的获得方法，其特征在于，所述在有孔隙流体压力作用下的应力平衡方程为：dσrdr+dpdr+σr-σθr=0]]>其中：σr为径向应力，r为井中心到井周岩石的距离，p为孔隙压力，σθ为周向应力。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小刚，易良平，杨兆中，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51