[发明专利]一种裂缝性地层计算安全钻井密度的方法

权利要求书

1.一种裂缝性地层计算安全钻井密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、图像处理，识别井下裂缝；

S2、通过井下裂缝参数建立三维地质模型，利用井眼尺寸和长度建立钻井井眼模型；

S3、赋值模型材料参数、边界条件、初始钻井液密度上下界，然后计算精度；

S4、利用3DEC离散元软件，求解三维地质模型，判定井壁稳定性；

S5、利用二分法确定钻井液密度上下界；

S6、重复执行步骤S4～S5；

S7、达到设定的精度条件后，保存并输出安全钻井液密度。

2.根据权利要求1所述的一种裂缝性地层计算安全钻井密度的方法，其特征在于：所述S1具体为先将地层成像测井图转换为灰度图，同时得到灰度颜色直方图，利用阈值方法等分割算法处理灰度图像得到二值图，得到裂缝二值图后，拾取判定裂缝的高点坐标和低点坐标，利用公式得到裂缝参数；高低和低点坐标与裂缝参数公式如下：

平面二维裂缝公式如下所示：

z＝Ax+By+C (1)

式中，z为高度，其单位为m；x，y分别是X坐标和Y坐标；A，B，C为平面控制参数；

井眼方程如公式如下所示：

式中，x，y分别是X坐标和Y坐标；r为井眼半径，其单位为m；θ为井周角，其单位为rad；

通过公式和，得到井壁上的三角函数曲线形式的裂缝曲线函数，如公式所示：

式中，A，B，C为平面控制参数；z为高度，其单位为m；r为井眼半径，其单位为m；θ为井周角，其单位为rad；

已知高点坐标H(x0,y0)和低点坐标L(x1,y1)，则将公式改写为如下公式：

式中，θ为井周角，其单位为rad；z为高度，其单位为m；x₀，y₀为高点坐标，x₁，y₁为低坐标；

因此裂缝参数中的倾角、方位、倾向和曲线长度分别如以下公式所示：

β＝min(x₀,x₁) (6)

式中，α为倾角，其单位为rad；β为走向，其单位为rad；λ为倾向，其单位为rad；l为曲线长度，其单位为m。

3.根据权利要求1所述的一种裂缝性地层计算安全钻井密度的方法，其特征在于：所述S2将处理得到裂缝参数，构建平面裂缝模型，利用井眼尺寸，构建地层井眼模型；所述井眼模型为长方体井眼模型，所述井眼模型的井眼半径与实际的井眼半径一致；所述长方体井眼模型的长度取决于模型的长度，其宽度大于3倍井眼直径；为满足精度条件和快速求解运算，设置为5倍。

4.根据权利要求1所述的一种裂缝性地层计算安全钻井密度的方法，其特征在于：所述S3中，在3DEC离散元软件中赋值地层材料参数，包括弹性模量、泊松比、密度、摩擦角、内聚力和抗拉强度；为裂缝赋值力学参数，包括法向刚度和剪切刚度；为模型赋值边界条件，包括水平最大主应力、水平最小主应力、垂向应力，初始应力、边界位移和钻井液密度上下界限；最后设定二分法求解精度，确定迭代次数n；迭代次数的公式如下：

式中，x*为真值；X_k为第k次迭代计算值；b为钻井液密度上界；a为钻井液密度下界；ε为求解精度。

5.根据权利要求1所述的一种裂缝性地层计算安全钻井密度的方法，其特征在于：所述S4中，利用3DEC离散元软件，确定钻井液密度r，r等于钻井液密度上界+钻井液密度下界/2；设定求解步长，运算模型，直到最大不平衡力保持不变或者为零；软件求解结束，后处理判定井壁单元是否满足稳定性条件，可设定判定条件如下：

①在单元的形心位置小于阈值1时，屈服单元的数量小于阈值2；

②在单元的形心位置小于位置阈值1时，井壁单元的最大水平位移小于阈值3；

③在单元的形心位置小于位置阈值1时，屈服单元的数量小于阈值且井壁单元的最大水平位移小于阈值3。