[发明专利]考虑煤层地应力不确定性的钻井液密度设计方法

说明书

技术领域

本发明属于煤层气钻井工程领域，具体地，涉及到一种考虑煤层地应力不确定性的钻井液密度设计方法。

背景技术

在煤层气钻井过程中，钻井液密度设计的准确与否直接决定着煤层井壁稳定性，进而影响煤层气钻井风险高低。目前，国内外学者关于储层钻井液密度设计的研究取得了一系列成果。Addis、Maloneys等人利用模拟试验研究井壁稳定性；Hojka、Maury等人讨论了温度对井壁稳定性的影响。邓金根、蔚宝华、刘玉石等人考虑井壁的高温、高压、渗流等条件，结合Mohr－Coulomb准则给出了钻井液密度的定值解法，并利用真三轴模拟试验系统开展了高陡层理性地层井壁稳定性的实验研究；陈勉等人根据地震反演原理提出了基于Mohr－Coulomb准则的坍塌压力及钻井液密度预测定值解法。然而，这些模型均存在一定的不足之处，即忽略储层地应力的不确定性特点，这在一定程度上影响了钻井液密度设计值的准确性。

煤层气勘探开发的现场工程经验和已有的研究结果表明，煤层地应力具有明显的不确定性，而这种不确定性对于待钻区块目的煤层的钻井液密度设计具有重要影响，因此寻找一种考虑煤层地应力不确定性的钻井液密度设计方法是煤层气钻井工程领域急需解决的难点问题之一。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种考虑煤层地应力不确定性的钻井液密度设计，解决由煤层地应力不确定性引起的钻井液密度设计问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种考虑煤层地应力不确定性的钻井液密度设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、从待钻区块目的煤层钻孔取大块岩芯，确定煤岩的岩石类型系数和地质强度指标；

(2)、对获得的煤层大块岩芯进行实验试样加工，制得多组标准圆柱体煤岩芯试件；

(3)、采用单轴抗压试验机对所制得煤岩芯进行岩石力学参数测试，测试参数为煤岩的弹性模量、泊松比和单轴抗压强度；

(4)、建立煤岩的霍克-布朗准则；

(5)、确定煤层水平最大主应力、水平最小主应力的分布区间；

(6)、根据建立的煤岩霍克-布朗准则给出煤层钻井液设计密度公式。

本发明的有益效果是：提出了一种考虑煤层地应力不确定性的钻井液密度设计方法，解决了现有技术方法忽略储层地应力不确定性设计钻井液密度设计的缺点，使得钻井液密度设计值更加逼近于真实值。

附图说明

图1为考虑煤层地应力不确定性的钻井液密度设计方法流程图；

图2为煤层水平最大主应力的概率密度及分布区间；

图3为煤层水平最小主应力的概率密度及分布区间。

具体实施方式

如图1所示，考虑煤层地应力不确定性的钻井液密度设计方法，包括以下步骤：

(1)、从待钻区块目的煤层钻孔取大块岩芯，确定煤岩的岩石类型系数mi和地质强度指标GSI；

岩石类型系数可查表1(该表来源于加拿大Evert Hoek的专著“实用岩体工程技术”一书，第139页)。

地质强度指标GSI可查表2(该图来源于加拿大Evert Hoek的专著“实用岩体工程技术”一书，第145页)。

(2)、对获得的煤层大块岩芯进行实验试样加工，制得50组标准圆柱体煤岩芯试件，标准圆柱体煤岩芯试件高度为50mm(±1mm)，直径为25mm(±0.5mm)；

表1

表2

(3)、采用单轴抗压试验机对所制得的50组煤岩芯进行岩石力学参数测试，测试参数为煤岩的弹性模量E_s、泊松比μ_s和单轴抗压强度σ_ci；

岩石力学参数测试采用位移加载控制方式；

(4)、建立煤岩的霍克-布朗(Hoek-Brown)准则；