[发明专利]一种针对多裂缝发育储层的井壁坍塌压力评价方法

说明书

本发明公开了一种针对多裂缝发育储层的井壁坍塌压力评价方法，包括如下步骤：在大地坐标系下得到目标井区地应力方位坐标、层理产状、井眼轨迹；目标井区地应力、孔隙压力大小等参数；将地应力从大地坐标系下转换到井眼直角坐标系下，将井眼直角坐标系中的应力转换到井眼极坐标中，得到井眼极坐标中横观各向同性地层的井周应力分量，将得到的井周应力分量转换为主应力的形式；基于Jaeger单一弱面强度准则逐步计算出每组弱面的强度，建立多弱面强度准则；在大地坐标系下得到地层层理面的产状，建立层理面坐标系与大地坐标系的关系；确定井周最大主应力与层理面法向的夹角，得到井周各点的临界井底压力后，取其中的最大值即为该井眼轨迹下的坍塌压力。

技术领域

本发明涉及油工程技术领域，具体是一种针对多裂缝发育储层的井壁坍塌压力评价方法。

背景技术

页岩气作为一种非常规资源，清洁高效且储量丰富，是未来能源产量增长的主要来源，在世界范围内受到了越来越多的关注。但页岩地层由于层理、裂缝发育，所造成的井壁失稳问题却高达70％以上，因为岩石中的层理、裂缝既是容易失稳发生的位置(滑移、剥落面)，又是钻井时钻井液滤液进入地层内部的主要通道。钻井液侵入裂缝削弱了页岩强度，裂缝中的流压与井筒内钻井液压力之间的连通，使地层对钻井作业更加敏感(停止循环、起下钻)，引起裂缝中压力剧烈变化，井壁极不稳定，造成掉块、井塌等工程难题，带来巨大经济损失。

为了识别井眼失稳机理，国内外已开展了大量模型研究。Jaeger首次提出的弱面准则考虑了页岩层理方向的各向异性强度；Vahid、Lu、Liu、Setiawan等人提出以往的各向同性井壁稳定性模型没有考虑岩石弹性各向异性，但弹性各向异性尤其是弹性模量对井壁稳定性也有显著影响；Amadei提出了横观各向同性地层的应力分布模型；Li等人将横观各向同性理论与各向异性强度相结合，提出当地应力和弹性参数的各向异性程度不同时，安全钻井压力窗口减小；Liu等人提出沉降效应引起的弹性各向异性确实有助于保持井壁在任何井眼轨迹上的稳定，这表明地应力状态或层理面出现的差异可能会导致显著偏差；一些研究者还对层理页岩中近井带的失稳区域进行了研究。

然而，以上的研究仅考虑了层理面弹性及强度各向异性对井壁坍塌压力的影响，页岩储层常发育有多组微裂缝，忽略天然裂缝的影响同样会给井壁稳定分析带来较大的误差，随着天然裂缝的增加，坍塌压力明显增大。此外，层理和裂缝是两个完全不同的概念，应该分开研究。因此，本方法建立了考虑层理和裂缝的井壁稳定模型，基于单一弱面准则建立了多弱面准则，来分析层理裂缝发育的页岩储层井壁坍塌压力，以井壁失稳风险最小的最小坍塌压力方向确定最佳钻井轨迹，有利于提高现场实际钻井效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种针对多裂缝发育储层的井壁坍塌压力评价方法，包括如下步骤：

步骤一：在大地坐标系下得到目标井区地应力方位坐标、层理产状、井眼轨迹；目标井区地应力、孔隙压力大小；以及目标井区矿区岩石本体和裂缝面内聚力、内摩擦角等参数；

步骤二：将地应力从大地坐标系下转换到井眼直角坐标系下，再将井眼直角坐标系中的应力转换到井眼极坐标中，得到井眼极坐标中横观各向同性地层的井周应力分量，并将得到的井周应力分量转换为主应力的形式；

步骤三：基于Jaeger单一弱面强度准则逐步计算出每组弱面的强度，建立多弱面强度准则；

步骤四：在大地坐标系下得到地层层理面的产状，建立层理面坐标系与大地坐标系的关系；确定井周最大主应力与层理面法向的夹角，首先求出井眼周围各圆周角的最大主应力矢量和大地坐标系中的弱面法向矢量，然后求出相对角的余弦。