页岩地层钻井安全钻井液密度窗口设计方法技术

本发明专利技术涉及的是页岩地层钻井安全钻井液密度窗口设计方法，具体为：测试地应力大小、地层孔隙压力大小等；将井眼直角坐标系和地应力坐标系以及大地坐标系进行转换；计算由地应力和井眼内钻井液压力引起的井壁各应力分量；将井眼直角坐标系中井壁上各应力分量有效应力转化为井眼极坐标系下的有效应力形式；推导页岩钻井井壁岩石发生拉伸和压缩剪切破坏的力学准则：沿井眼周向计算井壁不同位置发生拉伸破坏和压缩剪切破坏时井眼内钻井液压力，分别确定破裂压力和坍塌压力所对应的折算钻井液密度；将目标井目的层段所有井深的破裂压力和坍塌压力对应的折算钻井液密度汇总，绘制安全钻井液密度窗口。本发明专利技术使安全钻井液密度窗口设计结果更真实可靠。

【技术实现步骤摘要】
页岩地层钻井安全钻井液密度窗口设计方法
本专利技术涉及页岩地层钻井的井壁稳定评价技术，具体涉及页岩地层钻井安全钻井液密度窗口设计方法。
技术介绍
页岩气已经被视为替代煤和常规石油天然气的重要可持续能源。页岩气的全球总资源量约为4.56×1014m3，约占全球非常规油气资源的50％，相当于常规天然气的1.4倍，目前已被公认为是改变世界能源格局，使全球油气勘探展现良好发展前景的重要能源。据统计2015年我国天然气供应存在大约600×108m3左右的缺口需要依靠进口，预计到2020年，国内天然气缺口将达1000×108m3。若能高效开发页岩气资源对我国国民经济发展和国家能源战略供给意义重大。页岩气的有效开发需要通过水平井钻井结合大规模水力压裂技术，页岩地层水平井钻井时，由于对安全钻井液密度窗口的设计不准确，经常导致井壁发生坍塌和漏失等失稳现象。不但影响钻井施工顺利进行，失稳后的井眼也无法开展后期的压裂生产作业，造成极大的经济损失。页岩地层钻井，井壁失稳主要是由于安全钻井液密度窗口中坍塌压力和破裂压力的计算不准确，导致钻井液压力往往低于实际坍塌压力而发生坍塌，高于实际破裂压力而发生漏失。以往本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩地层钻井安全钻井液密度窗口设计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、开展钻井区块目标井目的层段页岩岩石力学实验，测试地应力大小、地层孔隙压力大小、页岩不同方向弹性模量和泊松比大小；步骤二、目标井目的层段选取某一井深数值，根据已经设计好的井身结构数据，将井眼直角坐标系和地应力坐标系以及大地坐标系进行转换，为井眼受力分析做准备；步骤三、将页岩地层考虑为横观各向同性多孔介质，计算由地应力和井眼内钻井液压力所引起的井壁各应力分量；其中，井壁各应力分量应用下式计算：

【技术特征摘要】
1.一种页岩地层钻井安全钻井液密度窗口设计方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、开展钻井区块目标井目的层段页岩岩石力学实验，测试地应力大小、地层孔隙压力大小、页岩不同方向弹性模量和泊松比大小；步骤二、目标井目的层段选取某一井深数值，根据已经设计好的井身结构数据，将井眼直角坐标系和地应力坐标系以及大地坐标系进行转换，为井眼受力分析做准备；步骤三、将页岩地层考虑为横观各向同性多孔介质，计算由地应力和井眼内钻井液压力所引起的井壁各应力分量；其中，井壁各应力分量应用下式计算：式中：σxx,b,σyy,b,σzz,b,τxy,b,τxz,b,τyz,b是地应力在井眼直角坐标系下的应力分量，MPa；复数的实部；Φ′i为应力解析函数的导数；zi,μi和λi是复数；zi是表示井壁上任一点位置的复数，Φ′i、μi和λi根据弹性力学中的相应求解方法进行求解；aij为地层各向异性刚度矩阵的元素；式中：Ex、Ey、Ez为步骤一测试得到的页岩不同方向弹性模量，MPa；υxy、υyz、υxz为步骤一测试得到的页岩不同方向泊松比；Gxy、Gyz、Gxz为步骤一测试得到的页岩不同方向剪切模量，MPa；计算得到井壁各应力分量以后，再依据多孔介质有效应力理论，将井壁的各应力分量转换为有效应力形式；步骤四、计算获取井壁各应力分量的有效应力以后，为了进行井壁失稳判别，根据弹性力学理论中的应力转换关系，将井眼直角坐标系中井壁上各应力分量有效应力转化为井眼极坐标系下的有效应力形式；步骤五、在HoekandBrown提出的拉伸破坏准则基础上，分别推导页岩钻井井壁岩石发生拉伸和压缩剪切破坏的力学准则：式中：A和B是反映岩石力学特性的常数，通过力学实验获取；βm是层理与压缩轴向之间的夹角,°；m和s是岩石的材料常数，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉伟，刘佳，张军，胡超洋，高睿，曾博，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23