井壁围岩应力计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种井壁围岩应力计算方法及装置。该方法包括：根据广义平面应变问题的求解方法计算载荷不平衡产生的井壁围岩应力，计算井壁围岩的热应力，根据载荷不平衡产生的井壁围岩应力与井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力。从而获得综合考虑载荷变化与温度影响的井壁围岩应力，降低井壁围岩应力计算的误差，提高了井壁围岩应力计算的准确性。

Method and device for calculating stress in surrounding rock of shaft lining

【技术实现步骤摘要】
井壁围岩应力计算方法及装置
本专利技术涉及油气井力学分析
，尤其涉及一种井壁围岩应力计算方法及装置。
技术介绍
在油气井开发过程中，如打井期间或者打井完成后，井下地层岩石被破坏，因此需要重新建立井筒平衡，此时需要进行准确的井壁围岩应力力学计算，其中，井壁围岩应力力学计算对于钻井过程中的井壁稳定以及后期开发过程中的地层出砂预测等都具有重要意义。在现有技术中，一般是按照广义平面应变对井壁围岩应力进行求解，得到井壁围岩应力表达式，从而计算井壁围岩应力，但是载荷变化、温度、流体渗流等因素都会影响到井壁围岩应力，因此通过上述计算方法得到的井壁围岩应力存在较大误差。
技术实现思路
本专利技术提供一种井壁围岩应力计算方法及装置，提高井壁围岩应力计算的准确性。第一方面，本专利技术提供一种井壁围岩应力计算方法，包括：根据广义平面应变问题的求解方法计算载荷不平衡产生的井壁围岩应力；计算井壁围岩的热应力；根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力与所述井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力。可选的，还包括：计算流体渗流对井壁围岩产生的附加应力；所述根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力与所述井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力，包括：根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力、所述井壁围岩的热应力和所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力计算井壁围岩应力。可选的，还包括：计算流体渗流对井壁围岩产生的附加应力；计算井壁应力降低系数，通过所述井壁应力降低系数对所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向应力进行非线性修正，得到所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力；所述根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力与所述井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力，包括：根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的径向应力、所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的垂向应力和所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力与所述井壁围岩的热应力和所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力计算井壁围岩应力。可选的，所述计算井壁围岩的热应力，包括：根据热传导微分方程、井壁围岩初始温度和井壁围岩瞬时温度计算井壁围岩的温度场；根据热弹性力学的基本方程和所述井壁围岩的温度场计算所述井壁围岩的热应力。可选的，所述热弹性力学的基本方程包括平衡方程、几何方程和物理方程，所述根据热弹性力学的基本方程和所述井壁围岩的温度场计算所述井壁围岩的热应力，包括：根据所述平衡方程、所述几何方程和所述物理方程得到井壁围岩的热应力表达式；将所述井壁围岩的温度场代入所述井壁围岩的热应力表达式得到所述井壁围岩的热应力的径向应力σrT、所述井壁围岩的热应力的切向应力σθT和所述井壁围岩的热应力的垂向应力σzT：其中，T(r)为所述井壁围岩的温度场，αT为岩石热热胀系数，E为岩石的杨氏弹性模量，μ为岩石的泊松比，△T为井筒内流体温度和地层温度之差。可选的，所述计算流体渗流对井壁围岩产生的附加应力，包括：根据如下公式计算所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力的径向应力σrs、所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力的切向应力σθs和所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力的垂向应力σzs：其中，f为岩石的孔隙度，Pp为地层原始孔隙压力，μ为泊松比，η为有效应力系数，Pw为液柱压力，A＝R2/r2，R是井筒半径，r是半径变量，αT为岩石热热胀系数，E为岩石的杨氏弹性模量，μ为岩石的泊松比，△T为井筒内流体温度和地层温度之差。可选的，所述计算井壁应力降低系数，包括：根据如下公式计算所述井壁应力降低系数δ：其中，其中，σa＝(σH+σh)/2，Pw为液柱压力，n为经验系数，Pi是地层压力；所述通过所述井壁应力降低系数对所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向应力进行非线性修正，得到所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力，包括：根据δ通过如下公式计算出所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力σ'θ：σ'θ＝δ·σθ-ηPP；其中，σθ为所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向应力，η为有效应力系数，Pp为地层原始孔隙压力。第二方面，本专利技术提供一种井壁围岩应力计算装置，包括：计算模块，用于根据广义平面应变问题的求解方法计算载荷不平衡产生的井壁围岩应力；所述计算模块还用于计算井壁围岩的热应力；处理模块，用于根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力与所述井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力。可选的，所述计算模块还用于：计算流体渗流对井壁围岩产生的附加应力；所述处理模块用于：根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力、所述井壁围岩的热应力和流体渗流对井壁围岩产生的附加应力计算井壁围岩应力。可选的，所述计算模块还用于：计算流体渗流对井壁围岩产生的附加应力；计算井壁应力降低系数，通过所述井壁应力降低系数对所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向应力进行非线性修正，得到所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力；所述处理模块用于：根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的径向应力、所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的垂向应力和所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力与所述井壁围岩的热应力和所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力计算井壁围岩应力。可选的，所述计算模块包括：第一计算单元，用于根据热传导微分方程、井壁围岩初始温度和井壁围岩瞬时温度计算井壁围岩的温度场；第二计算单元，用于根据热弹性力学的基本方程和所述井壁围岩的温度场计算所述井壁围岩的热应力。可选的，所述热弹性力学的基本方程包括平衡方程、几何方程和物理方程，所述第二计算单元用于：根据所述平衡方程、所述几何方程和所述物理方程得到井壁围岩的热应力表达式；将所述井壁围岩的温度场代入所述井壁围岩的热应力表达式得到所述井壁围岩的热应力的径向应力σrT、所述井壁围岩的热应力的切向应力σθT和所述井壁围岩的热应力的垂向应力σzT：其中，T(r)为所述井壁围岩的温度场，αT为岩石热热胀系数，E为岩石的杨氏弹性模量，μ为岩石的泊松比，△T为井筒内流体温度和地层温度之差。可选的，所述计算模块具体用于：根据如下公式计算所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力的径向应力σrs、所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力的切向应力σθs和所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力的垂向应力σzs：其中，f为岩石的孔隙度，Pp为地层原始孔隙压力，μ为泊松比，η为有效应力系数，Pw为液柱压力，A＝R2/r2，R是井筒半径，r是半径变量，αT为岩石热热胀系数，E为岩石的杨氏弹性模量，μ为岩石的泊松比，△T为井筒内流体温度和地层温度之差。可选的，所述计算模块具体用于：根据如下公式计算所述井壁应力降低系数δ：其中，其中，σa＝(σH+σh)/2，Pw为液柱压力，n为经验系数，Pi是地层压力；根据δ通过如下公式计算出所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力σ'θ：σ'θ＝δ·σθ-ηPP；其中，σθ为所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向应力，η为有效应力系数，Pp为地层原始孔隙压力。本专利技术提供的井壁围岩应力计算方法及装置，通过分别求得载荷不平衡产生的井壁围岩应力和井壁围岩的热应力，将载荷不平衡产生的井壁围岩应力与井壁围岩的热应力进行各向叠加，从而获得考虑载荷变化和温度影响的井壁围岩应力，降低井壁围岩应力计算的误差，提高了井壁围岩应力计算的准确性。附图说明为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井壁围岩应力计算方法，其特征在于，包括：根据广义平面应变问题的求解方法计算载荷不平衡产生的井壁围岩应力；计算井壁围岩的热应力；根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力与所述井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力。

【技术特征摘要】
1.一种井壁围岩应力计算方法，其特征在于，包括：根据广义平面应变问题的求解方法计算载荷不平衡产生的井壁围岩应力；计算井壁围岩的热应力；根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力与所述井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：计算流体渗流对井壁围岩产生的附加应力；所述根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力与所述井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力，包括：根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力、所述井壁围岩的热应力和所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力计算井壁围岩应力。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：计算流体渗流对井壁围岩产生的附加应力；计算井壁应力降低系数，通过所述井壁应力降低系数对所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向应力进行非线性修正，得到所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力；所述根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力与所述井壁围岩的热应力计算井壁围岩应力，包括：根据所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的径向应力、所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的垂向应力和所述载荷不平衡产生的井壁围岩应力的切向有效应力与所述井壁围岩的热应力和所述流体渗流对井壁围岩产生的附加应力计算井壁围岩应力。4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述计算井壁围岩的热应力，包括：根据热传导微分方程、井壁围岩初始温度和井壁围岩瞬时温度计算井壁围岩的温度场；根据热弹性力学的基本方程和所述井壁围岩的温度场计算所述井壁围岩的热应力。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述热弹性力学的基本方程包括平衡方程、几何方程和物理方程，所述根据热弹性力学的基本方程和所述井壁围岩的温度场计算所述井壁围岩的热应力，包括：根据所述平衡方程、所述几何方程和所述物理方程得到井壁围岩的热应力表达式；将所述井壁围岩的温度场代入所述井壁围岩的热应力表达式得到所述井壁围岩的热应力的径向应力σrT、所述井壁围岩的热应力的切向应力σθT和所述井壁围岩的热应力的垂向应力σzT：其中，T(r)为所述井壁围岩的温度场，αT为岩石热热胀系数，E为岩石的杨氏弹性模量，μ为岩石的泊松比，△T为井筒内流体温度和地层温度之差。6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述计算流体渗流对井壁围岩产生的附加应力，包括：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建平，郭建春，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11