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頁巖地層漏失壓力預(yù)測方法、裝置、電子設(shè)備及儲(chǔ)存介質(zhì)與流程

文檔序號(hào):39722022發(fā)布日期:2024-10-22 13:14閱讀:3來源:國知局
頁巖地層漏失壓力預(yù)測方法、裝置、電子設(shè)備及儲(chǔ)存介質(zhì)與流程

本發(fā)明涉及頁巖勘探開發(fā),尤其涉及一種頁巖地層漏失壓力預(yù)測方法、裝置、電子設(shè)備及儲(chǔ)存介質(zhì)。


背景技術(shù):

1、在頁巖勘探開發(fā)中,硬脆性泥頁巖是典型的井壁易失穩(wěn)地層,鉆井過程中,井壁垮塌、漏失現(xiàn)象頻發(fā)。

2、目前,針對頁巖井壁失穩(wěn)現(xiàn)象,研究主要集中在結(jié)構(gòu)面影響下的井壁垮塌。然而,實(shí)際鉆井過程中,由于泥頁巖層理、裂縫等結(jié)構(gòu)面發(fā)育,導(dǎo)致地層漏失明顯,嚴(yán)重制約了安全高效鉆井。層理與天然裂縫作為典型弱結(jié)構(gòu)面,是硬脆性泥頁巖地層漏失的主要控制因素。相比較均質(zhì)地層,結(jié)構(gòu)面發(fā)育的頁巖地層漏失壓力明顯降低,安全井眼軌跡方位減少,鉆井難度增大。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供一種頁巖地層漏失壓力預(yù)測方法、裝置、電子設(shè)備及儲(chǔ)存介質(zhì),旨在解決或者部分解決上述問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:

3、第一方面,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種頁巖地層漏失壓力預(yù)測方法,方法包括:

4、采集目標(biāo)工區(qū)的頁巖地層應(yīng)力狀態(tài)分布信息,獲取任意井眼軌跡下的井壁應(yīng)力分布;

5、根據(jù)井壁應(yīng)力分布,分別計(jì)算井壁的三向主應(yīng)力,得到最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力;

6、根據(jù)最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力,計(jì)算沿基體破裂的漏失壓力、沿層理面破裂的漏失壓力、沿裂縫面破裂的漏失壓力和沿裂縫面擴(kuò)展的漏失壓力;

7、通過對比沿基體破裂的漏失壓力、沿層理面破裂的漏失壓力、沿裂縫面破裂的漏失壓力和沿裂縫面擴(kuò)展的漏失壓力,將最小值確定為頁巖地層的漏失壓力。

8、可選地,采集目標(biāo)工區(qū)的頁巖地層應(yīng)力狀態(tài)分布信息,獲取任意井眼軌跡下的井壁應(yīng)力分布的步驟,包括:

9、采集目標(biāo)工區(qū)的頁巖地層垂向地應(yīng)力、水平地應(yīng)力、孔隙壓力以及井眼軌跡;

10、通過井眼坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,獲取任意井眼軌跡下的井壁應(yīng)力分布:

11、

12、式中:σr、σθ、σz分別為柱坐標(biāo)系下徑向、周向和軸向正應(yīng)力,mpa;σθz、σrθ、σrz分別為柱坐標(biāo)下θz、rθ、rz平面切應(yīng)力,mpa;σxx、σyy、σzz分別為直角坐標(biāo)下x、y、z軸方向上地應(yīng)力分量,mpa;σxy、σxz、σyz分別為直角坐標(biāo)系下xy、xz、yz平面地應(yīng)力分量,mpa;ψ為井周角,°;v為泊松比;pw為液柱壓力,mpa。

13、可選地,根據(jù)井壁應(yīng)力分布,分別計(jì)算井壁的三向主應(yīng)力,得到最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的步驟,包括:

14、根據(jù)井壁應(yīng)力分布的計(jì)算結(jié)果,分別計(jì)算井壁的三向主應(yīng)力,如下所示:

15、

16、式中:σi、σj、σk分別為井壁處三向主應(yīng)力,mpa;

17、通過對比三向主應(yīng)力的大小,得到井壁位置處最大主應(yīng)力σ1、中間主應(yīng)力σ2和最小主應(yīng)力σ3。

18、可選地,根據(jù)最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力,計(jì)算沿基體破裂的漏失壓力、沿層理面破裂的漏失壓力、沿裂縫面破裂的漏失壓力和沿裂縫面擴(kuò)展的漏失壓力的步驟之前,還包括:

19、獲取頁巖基體與層理面力學(xué)參數(shù)。

20、可選地,計(jì)算沿基體破裂的漏失壓力、沿層理面破裂的漏失壓力的步驟,包括:

21、統(tǒng)計(jì)天然裂縫面與層理面的傾角與走向;

22、基于空間坐標(biāo)關(guān)系,計(jì)算結(jié)構(gòu)面的法線的方向矢量:

23、

24、式中:n1為結(jié)構(gòu)面的法向矢量;dp為結(jié)構(gòu)面的傾角,°;az為結(jié)構(gòu)面的走向,°;

25、計(jì)算井壁位置處最大主應(yīng)力與垂向夾角:

26、

27、針對井壁上任意點(diǎn),最大主應(yīng)力的方向矢量n2(σ1)在坐標(biāo)系中可表示為:

28、

29、式中:α,β分別為井斜角與方位角,°;θ為井周角,°;

30、基于同樣的空間轉(zhuǎn)換原理,得到中間主應(yīng)力的方向矢量n2(σ2)和最小主應(yīng)力的方向矢量n2(σ3);

31、分別計(jì)算結(jié)構(gòu)面的法向方向與最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力、最小主應(yīng)力的夾角,計(jì)算公式為:

32、

33、式中:βi為結(jié)構(gòu)面的法向方向與最大主應(yīng)力σ1、中間主應(yīng)力σ2、最小主應(yīng)力σ3的夾角;

34、利用最大張應(yīng)力準(zhǔn)則,得到沿基體破裂的漏失壓力pmf和沿層理面破裂的漏失壓力pbf:

35、

36、式中:stm、stb分別為頁巖基體與層理面的抗張強(qiáng)度,mpa;δ為biot系數(shù)。

37、可選地,計(jì)算沿裂縫面破裂的漏失壓力和沿裂縫面擴(kuò)展的漏失壓力的步驟,包括:

38、計(jì)算得到裂縫面正應(yīng)力,得到沿裂縫面破裂的漏失壓力plf:

39、

40、式中:σn為裂縫面正應(yīng)力,mpa;pf為裂縫面內(nèi)部流體壓力,mpa;

41、通過近似斷裂韌性準(zhǔn)則,計(jì)算沿裂縫面擴(kuò)展漏失壓力pl:

42、

43、式中:θk為裂縫面與主應(yīng)力夾角,°;θb為層理面與主應(yīng)力角度,°;la為裂縫半長,m;kic(θb)為不同層理角度下的斷裂韌性,mpa。

44、第二方面,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種頁巖地層漏失壓力預(yù)測裝置,裝置包括:

45、第一獲取模塊,用于采集目標(biāo)工區(qū)的頁巖地層應(yīng)力狀態(tài)分布信息,獲取任意井眼軌跡下的井壁應(yīng)力分布;

46、第一運(yùn)算模塊,用于根據(jù)井壁應(yīng)力分布,分別計(jì)算井壁的三向主應(yīng)力,得到最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力;

47、第二運(yùn)算模塊,用于根據(jù)最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力,計(jì)算沿基體破裂的漏失壓力、沿層理面破裂的漏失壓力、沿裂縫面破裂的漏失壓力和沿裂縫面擴(kuò)展的漏失壓力;

48、確定模塊,用于通過對比沿基體破裂的漏失壓力、沿層理面破裂的漏失壓力、沿裂縫面破裂的漏失壓力和沿裂縫面擴(kuò)展的漏失壓力,將最小值確定為頁巖地層的漏失壓力。

49、可選地,裝置還包括:

50、第二獲取模塊,用于獲取頁巖基體與層理面力學(xué)參數(shù)。

51、本發(fā)明實(shí)施例第三方面提出一種電子設(shè)備,電子設(shè)備包括:

52、至少一個(gè)處理器;以及,與至少一個(gè)處理器通信連接的存儲(chǔ)器;其中,

53、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令,指令被至少一個(gè)處理器執(zhí)行,以使至少一個(gè)處理器能夠執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施例第一方面提出方法步驟。

54、本發(fā)明實(shí)施例第四方面提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì),存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序,計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例第一方面提出方法步驟。

55、本發(fā)明實(shí)施例包括以下優(yōu)點(diǎn):首先,采集目標(biāo)工區(qū)的頁巖地層應(yīng)力狀態(tài)分布信息,獲取任意井眼軌跡下的井壁應(yīng)力分布;然后,根據(jù)井壁應(yīng)力分布,分別計(jì)算井壁的三向主應(yīng)力,得到最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力;根據(jù)最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力,計(jì)算沿基體破裂的漏失壓力、沿層理面破裂的漏失壓力、沿裂縫面破裂的漏失壓力和沿裂縫面擴(kuò)展的漏失壓力;最后,通過對比沿基體破裂的漏失壓力、沿層理面破裂的漏失壓力、沿裂縫面破裂的漏失壓力和沿裂縫面擴(kuò)展的漏失壓力,將最小值確定為頁巖地層的漏失壓力。在本發(fā)明中,通過將泥頁巖沿基體破裂、沿層理或裂縫破裂及沿裂縫擴(kuò)展等多類漏失機(jī)制融合,形成了新的硬脆性泥頁巖地層漏失壓力預(yù)測方法,相比于目前的預(yù)測方法而言,考慮因素更加全面,提高了計(jì)算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性,具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

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