[发明专利]一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法

权利要求书

1.一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、力学失稳垮塌井段筛选和分类，依据研究工区地质研究成果，筛选地层构造相对平缓的井段，并根据井径测井数据，按下式计算井壁扩径率

CER_i、CAL_i、BIT_i分别为所分析井段第i地层深度点的井壁的扩径率、井径以及钻头尺寸，选择井壁垮塌分布在水平最小主应力方位±15°范围内的地层数据点，再基于筛选得到的数据和扩径率大小对各深度地层数据进行分类；

步骤二、用构造应变系数(ε_H1,ε_h2)表示深部原地水平地应力大小，如下式

式中ε_H1,ε_h2分别为水平最大构造应变系数、水平最小构造应变系数；DEP、Den(dep)分别为地层深度、dep深度地层的密度；E、μ分别为地层的弹性模量、泊松比；σ_V为垂向主应力；σ_H1(ε_H1，ε_h2)、σ_h2(ε_H1，ε_h2)分别为构造应变系数为ε_H1,ε_h2时地层对应的水平最大主应力、水平最小主应力；

不考虑井周地层的渗流效应，在圆柱坐标系中，将直井井壁在井周角为90°或270°时用构造应变系数(ε_H1,ε_h2)表示井壁应力大小，如下式；

σ_r(ε_H1，ε_h2)＝P_w (7)

步骤三、基于井壁应力极限平衡条件建立构造应变系数的方程，选择判定底层坍塌的岩石强度准则，将步骤二中的式(5)、(6)、(7)带入选择的岩石强度准则中，构建关于构造应变系数ε_H1,ε_h2的超定方程组，如下式

F_i(ε_H1，ε_h2)＝0 (8)

其中，函数F_i(ε_H1，ε_h2)的表达式取决于所选择的强度准则；

步骤四、利用最小二乘法求解计算实例井段水平最大构造应变系数和水平最小构造应变系数，并将其带入式(3)和式(4)即可计算得出所分析井段的水平最大主应力、水平最小主应力；

步骤五、将求解得到的水平最大构造应变系数、水平最小构造应变系数及分类地层的相应参数带入式(8)中计算Fi，并进行两种计算判别，结果不满足任意一种判别时，重新选择分析井段重复步骤二至步骤五进行计算分析，直至满足两种判别即可。

2.根据权利要求1所述的一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法，其特征在于：所述步骤一中筛选时根据泥质含量测井解释结果，剔除掉泥岩、页岩粘土含量较高的地层层段，并同时剔除掉裂缝、层理、节理结构面发育层段以及地层结构相对较为破碎的层段，以排除富含粘土地层水化作用以及结构面主导的井壁失稳垮塌地层。

3.根据权利要求1所述的一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法，其特征在于：所述步骤一中深度地层数据分成三类：①井壁稳定的S类地层数据：0＜CER_i≤3％，无明显扩径、井径规则井段数据；②临界平衡的A类地层数据：3％＜CER_i≤7％；③显著垮塌的B类地层数据：CER_i＞7％，扩径显著井段数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法，其特征在于：所述步骤二中P_w由式获得，式中D_mud为钻井所用钻井液密度。