[发明专利]一种页岩地层井壁天然裂缝扩展压力计算方法

说明书

一种页岩地层井壁天然裂缝扩展压力计算方法，首先收集准备研究工区的实验岩心资料、地质资料、现场钻井用钻井液、测井资料；对岩心进行烘干并测量电阻率、声波时差值，再浸泡获得水化后的对应值；再分别测量干燥岩样和浸泡岩样的断裂韧性值；之后测量岩样的润湿接触角、水化膨胀线应力，在上述基础上，根据应力强度因子计算模型求得井底液柱压力，该压力即为裂缝扩展压力；本申请还通过与现场测井资料结合，得到扩展压力剖面。本发明综合考虑水化作用和毛细管效应的影响，能够更加真实获取页岩地层井壁天然裂缝扩展压力，进而可以获得更为精确的钻井安全密度窗口。

技术领域

本发明属于页岩地层钻井技术领域，具体涉及一种页岩地层井壁天然裂缝扩展压力计算方法。

背景技术

页岩储层勘探开发过程中，井眼的形成打破了原地应力的平衡状态，井周应力将发生重新分布，造成应力集中形成新的井周应力场，这将对井壁稳定性产生影响。钻井过程中，井壁垮塌和地层漏失均是井下复杂事故类型之一，特别是对于具有“窄安全密度窗口”的地层，在钻井中，用于地层的钻井液密度选择至关重要。当钻井液密度低于坍塌压力密度时，地层可能发生垮塌，造成井眼不规则严重造成井报废，而当钻井液密度高于漏失压力或破裂压力密度时，地层将被压开，造成地层发生较严重漏失。地层安全密度窗口由坍塌压力和破裂压力共同确定，而当地层中发育天然裂缝时，地层漏失压力将低于破裂压力，地层安全密度窗口将由坍塌压力和漏失压力确定，因此，地层的漏失压力或者地层天然裂缝扩展压力的确定至关重要。页岩地层与钻井液相互作用，将发生水化作用，将弱化岩石的强度，其裂缝扩展压力是随水化时间动态变化的。传统计算页岩地层天然裂缝扩展压力时均没有考虑水化作用的影响。另外，页岩地层的毛细管效应又会使得水化作用变得更加复杂。目前还没有针对这方面的系统研究报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种页岩地层井壁天然裂缝扩展压力计算方法，综合考虑水化作用和毛细管效应的影响，能够更加真实获取页岩地层井壁天然裂缝扩展压力，进而可以获得更为精确的钻井安全密度窗口。

本发明采取的技术方案是：

一种页岩地层井壁天然裂缝扩展压力计算方法，包括以下步骤：

步骤一：准备研究工区的实验岩心资料、地质资料、现场钻井用钻井液、测井资料；

步骤二：对获取的研究工区井下实验样品进行岩心描述，描述岩样的裂缝特征，统计分析储层裂缝的发育情况，或依据成像测井资料，统计分析储层裂缝的发育特征；钻取标准岩样30-50块，烘干岩样后，测量干燥岩样的电阻率和超声波波速，获取原岩岩样的电阻率和声波时差；

步骤三：采用现场钻井用钻井液对步骤二的干燥岩样进行浸泡实验，之后，测量并获得浸泡后岩样的电阻率、声波时差，结合步骤二的测量结果，得到电阻率改变量、声波时差改变量；以电阻率改变量为自变量，以声波时差改变量为因变量，拟合二者之间的数学关系式，

Δ(Δt)＝f(ΔR)＝aΔR+b (1)

式中：Δ(Δt)为水化作用导致岩样的声波时差改变量；ΔR为水化作用导致岩样的电阻率改变量；a、b为待定系数；

步骤四：按照人字型切槽巴西圆盘试样对步骤二的干燥岩样进行加工，并对加工岩样进行超声波测试，获取加工岩样的声波时差；在此基础上进行加工岩样断裂韧性测试，获取加工岩样断裂韧性值，并拟合得到岩样断裂韧性值的预测模型：

K_IC＝dΔt_c+e (2)

式中：K_IC为加工的干燥岩样的断裂韧性值，MPa·m^1/2；△t_c为室内实验测量的纵波时差，μs/ft；d、e为待定系数；