[发明专利]一种裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计方法

权利要求书

1.一种裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：对钻井取芯获得的岩石进行加工，制备岩芯样品；

步骤二：选取岩芯样品，并进行岩石三轴压缩试验和声发射试验，确定岩芯样品所处地层的地应力；

步骤三：选取岩芯样品，并进行岩石三轴压缩试验，测试岩芯样品的岩石弱面粘聚力和岩石弱面内摩擦角；

步骤四：选取岩芯样品，置于钻井液中浸泡不同时间，并进行岩石三轴压缩试验，测试浸泡不同时间后岩芯样品的岩石弱面粘聚力和岩石弱面内摩擦角；

步骤五：将岩芯样品的岩石弱面粘聚力和岩石弱面内摩擦角分别与岩芯样品在钻井液中的浸泡时间进行线性拟合；

步骤六：利用流固耦合力学理论建立裂缝型地层井周围岩应力分布模型，并结合流固耦合力学理论的基本方程和拉普拉斯变换原理，求解裂缝型地层井周围岩应力分布的解析值；

步骤七：利用弹性力学坐标变换理论建立裂缝型地层弱面破坏模型；

步骤八：基于裂缝型地层的井周围岩应力分布模型和弱面破坏模型，结合岩石弱面粘聚力和岩石弱面内摩擦角与浸泡时间的拟合函数，计算满足一定井壁稳定条件所要求的钻井液性能参数，并确定钻井液性能参数之间的关系图版；

步骤九：根据现场井壁稳定的要求，在钻井液性能参数之间的关系图版中选择合理的钻井液性能，即可实现裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计；

步骤八中，所述井壁稳定条件包括井径扩大率和/或井壁稳定时间，所述钻井液性能参数包括钻井液密度和钻井液渗透系数。

2.如权利要求1所述的裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计方法，其特征在于：所述步骤一中，制备十四块岩芯样品，其中四块用于确定岩芯样品所处地层的地应力，两块用于测试未经过钻井液浸泡的岩芯样品的岩石弱面粘聚力和岩石弱面内摩擦角，八块用于测试经过钻井液浸泡的岩芯样品的岩石弱面粘聚力和岩石弱面内摩擦角。

3.如权利要求1所述的裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计方法，其特征在于：所述步骤二中，用于确定地层地应力的岩芯样品的钻取方法为，在垂直岩石方向和垂直岩石轴向的平面内相隔45°方向钻取。

4.如权利要求1所述的裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计方法，其特征在于：所述步骤二中，岩芯样品所处地层的地应力包括上覆地层地应力、地层最大水平主应力和地层最小水平主应力。

5.如权利要求1所述的裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计方法，其特征在于：所述步骤二和步骤三中的岩芯样品未经过钻井液浸泡。

6.如权利要求1所述的裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计方法，其特征在于：所述步骤五中，岩芯样品的岩石弱面粘聚力和岩石弱面内摩擦角与岩芯样品在钻井液中的浸泡时间的拟合函数均为二元一次函数。

7.如权利要求1所述的裂缝型地层防塌钻井液性能参数的设计方法，其特征在于：所述步骤六中，流固耦合力学理论的基本方程包括本构方程和其他方程；所述其他方程包括流体运动方程、平衡方程、几何方程、质量守恒方程和协调方程。