[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

说明书

本发明公开一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法，包括力学失稳垮塌井段筛选及数据分类、基于构造应变系数表示深部地应力大小与井壁应力大小、基于应力极限平衡条件建立构造应变系数方程、基于最小二乘法求解构造应变系数并计算水平主应力、地应力估算结果合理性评价；本发明通过筛选井壁应力失稳垮塌井段数据、垮塌数据分类，构建基于应变系数的应力极限平衡方程以及基于临界垮塌地层信息约束的超定方程求解，计算出评价深部原地水平最大主应力和最小主应力，并给出了原地应力结果合理性评价方法，实现了深部地层水平主应力大小的定量计算评价，为地下深部工程尤其是油气井工程、油气开采工程等提供了所必需的深部地层力学基础参数。

技术领域

本发明涉及地质力学、油气井工程、石油与天然气开采技术领域，尤其涉及一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法。

背景技术

原地应力是地下深部工程设计、实施所需的重要基础参数，尤其在油气钻采领域，深部原地应力大小评价对井眼轨迹设计、井壁稳定评价、完井优化、增产压裂、出砂预测以及安全开采作业制度建立等都具有极其重要意义，目前深部原地应力评价主要通过钻井岩心应力测试、压裂与钻井等矿场资料应力分析、地应力剖面测井计算等；

传统的方法需要用应力测试或矿场资料分析得到的应力大小进行标定、约束才能保证测井地应力计算结果的可靠性；水力压裂资料分析地应力的方法对于大型增产压裂压裂施工，所获取的资料影响因素众多，难以满足地应力大小科学评价的需求；井壁垮塌、钻井诱导缝是可用于评价深部原地应力的又一重要信息，但主要局限于深部原地应力方向的评价分析，尽管Mark D.Zoback提出了基于井眼垮塌计算地应力大小的理论模型，但由于深部地层岩石的非均质性、实际井壁垮塌的不规则、模型所需的井壁垮塌相关参数无法获取等因素制约，目前，该理论模型尚难以有效实际应用于深部原地应力大小的计算评价，因此，本发明提出一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法，该基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法通过筛选井壁应力失稳垮塌井段数据、垮塌数据分类，构建基于应变系数的应力极限平衡方程以及基于临界垮塌地层信息约束的超定方程求解，计算得到评价深部原地水平最大主应力、深部原地水平最小主应力，并给出了原地应力结果合理性评价方法，实现了深部地层水平主应力大小的定量计算评价，为地下深部工程尤其是油气井工程、油气开采工程等提供了所必需的深部地层力学基础参数。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于井壁力学失稳垮塌的地应力大小评价方法，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

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