[发明专利]一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法

说明书

本发明公开了一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法，它包括以下步骤：S1、获取各向异性地层岩石的弹性模量(E、E′)和泊松比(μ、μ′)；S2、根据平行和垂直于地层岩石层理面方向的巴西劈裂实验，确定各向异性地层岩石平行于层理面的抗张强度T_m和垂直于层理面的抗张强度T_b；S3、根据测井资料获取各向异性地层的地质力学参数；S4、获取各向异性地层岩石中层理面的产状参数。本发明的有益效果是：综合考虑岩石弹性模量各向异性、抗张强度各向异性和层理面产状角等因素建立各向异性地层井壁破裂压力计算方法，更加符合各向异性地层直井钻井的实际情况；提高破裂压力计算的精度，可为各向异性地层钻井和水力压裂提供理论指导。

技术领域

本发明涉及一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法。

背景技术

钻井技术是地热开采、油气开发、天然气地下储存、CO₂地质埋存、核废料地质处置等相关工程的重要技术手段。对于钻井工程而言，地层破裂压力是钻井井身结构设计、钻井液密度优化、钻井施工措施制定的重要基础参数和依据。如果不能准确掌握地层的破裂压力，将难以准确控制井筒压力始终处于安全窗口范围内，一旦地层被井筒压力压裂(即地层发生破裂)，就会发生井漏事故，井漏是钻井工程中最为棘手的问题之一。钻井过程中一旦发生井漏复杂情况，有可能诱发井塌、卡钻、井喷等复杂事故的发生，这些通常都会造成巨额的经济损失、较长的非生产时间，严重影响钻井效率和作业成本。对于地热资源开采而言，地热开采通常都需要进行必要的水力压裂，尤其是深部干热岩地热开采，通过水力压裂裂缝连通注水井和开采井，以改善地层的有效传热效率，从而提高地热资源开发效率，其中，地层破裂压力是地热井水力压裂设计的重要基础参数，对地热开采具有重要作用。对于油气开发而言，油气开发通常需要进行必要的水力压裂，以改善井周地层的有效渗透率，从而提高油气井的产量和最终采收率，其中，地层破裂压力也是油气井水力压裂设计的重要基础参数，对油气开发具有重要作用。此外，对于天然气地下储存、CO₂地质埋存和核废料地质处置等相关工程，通常需要将天然气、CO₂和核废弃物保存在地下地层中，需要防止其发生泄漏，其基础就是要使储存的压力低于地层破裂压力，破裂压力是相关设计的重要基础依据。由此可见，准确预测地层破裂压力可以有效避免钻井井漏及其诱发产生的井下复杂事故，可以为地热井和油气井水力压裂提供基础依据，可以为天然气地下储存、CO₂地质埋存和核废料地质处置等相关工程提供设计基础参数，对于确保钻井工程、地热开采、油气开发、天然气地下储存、CO₂地质埋存、核废料地质处置等相关工程的安全与高效建设提供了重要指导和基础依据。

国内外学者已经针对直井地层破裂压力预测开展了较为深入的研究，形成了多种比较经典的经验或半经验的模型和解析解模型，如Hubbert-Willis模型、Matthews-Kelly模型、Haimson-Fairhurst模型、Eaton方法、Anderson模型、黄荣樽模型等，破裂压力的预测精度随着这些模型的发展得到了极大改善。其中，解析解模型是基于Kirsch方程和最大拉应力准则推导得到的，该类模型假设井壁围岩岩石是各向同性连续介质，这对于浅部地层破裂压力预测是合理的。但是，对于埋藏较深、地质构造作用强烈的沉积岩地层，存在较为显著的各向异性，各向同性假设已经不能满足实际需求。但是，实际地层通常是各向异性的，地层岩石的各向异性通常表现在岩石模量各向异性、抗张强度各向异性和地应力各向异性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种各向异性地层井壁破裂压力确定方法，它包括以下步骤：

S1、根据室内岩石力学实验、声波测井和偶极横波测井资料，获取各向异性地层岩石的弹性模量(E、E’)和泊松比(μ、μ’)，垂向和横向的弹性模量及泊松比的计算式：

式中：E、E’分别为横向和垂向杨氏模量；μ、μ’分别为横向和垂向泊松比；