[發明專利]考慮煤層地應力不確定性的鉆井液密度設計方法

有效

• 申請號: 201310322730.9
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103390112A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 張立松;閆相禎;楊秀娟;楊尚諭;邵兵
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發明屬于煤層氣鉆井工程領域，具體地，涉及到一種考慮煤層地應力不確定性的鉆井液密度設計方法。

背景技術

在煤層氣鉆井過程中，鉆井液密度設計的準確與否直接決定著煤層井壁穩定性，進而影響煤層氣鉆井風險高低。目前，國內外學者關于儲層鉆井液密度設計的研究取得了一系列成果。Addis、Maloneys等人利用模擬試驗研究井壁穩定性；Hojka、Maury等人討論了溫度對井壁穩定性的影響。鄧金根、蔚寶華、劉玉石等人考慮井壁的高溫、高壓、滲流等條件，結合Mohr－Coulomb準則給出了鉆井液密度的定值解法，并利用真三軸模擬試驗系統開展了高陡層理性地層井壁穩定性的實驗研究；陳勉等人根據地震反演原理提出了基于Mohr－Coulomb準則的坍塌壓力及鉆井液密度預測定值解法。然而，這些模型均存在一定的不足之處，即忽略儲層地應力的不確定性特點，這在一定程度上影響了鉆井液密度設計值的準確性。

煤層氣勘探開發的現場工程經驗和已有的研究結果表明，煤層地應力具有明顯的不確定性，而這種不確定性對于待鉆區塊目的煤層的鉆井液密度設計具有重要影響，因此尋找一種考慮煤層地應力不確定性的鉆井液密度設計方法是煤層氣鉆井工程領域急需解決的難點問題之一。

發明內容

為克服現有技術的缺陷，本發明提供一種考慮煤層地應力不確定性的鉆井液密度設計，解決由煤層地應力不確定性引起的鉆井液密度設計問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種考慮煤層地應力不確定性的鉆井液密度設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、從待鉆區塊目的煤層鉆孔取大塊巖芯，確定煤巖的巖石類型系數和地質強度指標；

(2)、對獲得的煤層大塊巖芯進行實驗試樣加工，制得多組標準圓柱體煤巖芯試件；

(3)、采用單軸抗壓試驗機對所制得煤巖芯進行巖石力學參數測試，測試參數為煤巖的彈性模量、泊松比和單軸抗壓強度；

(4)、建立煤巖的霍克-布朗準則；

(5)、確定煤層水平最大主應力、水平最小主應力的分布區間；

(6)、根據建立的煤巖霍克-布朗準則給出煤層鉆井液設計密度公式。

本發明的有益效果是：提出了一種考慮煤層地應力不確定性的鉆井液密度設計方法，解決了現有技術方法忽略儲層地應力不確定性設計鉆井液密度設計的缺點，使得鉆井液密度設計值更加逼近于真實值。

附圖說明

圖1為考慮煤層地應力不確定性的鉆井液密度設計方法流程圖；

圖2為煤層水平最大主應力的概率密度及分布區間；

圖3為煤層水平最小主應力的概率密度及分布區間。

具體實施方式

如圖1所示，考慮煤層地應力不確定性的鉆井液密度設計方法，包括以下步驟：

(1)、從待鉆區塊目的煤層鉆孔取大塊巖芯，確定煤巖的巖石類型系數mi和地質強度指標GSI；

巖石類型系數可查表1(該表來源于加拿大Evert?Hoek的專著“實用巖體工程技術”一書，第139頁)。

地質強度指標GSI可查表2(該圖來源于加拿大Evert?Hoek的專著“實用巖體工程技術”一書，第145頁)。

(2)、對獲得的煤層大塊巖芯進行實驗試樣加工，制得50組標準圓柱體煤巖芯試件，標準圓柱體煤巖芯試件高度為50mm(±1mm)，直徑為25mm(±0.5mm)；

表1

表2

(3)、采用單軸抗壓試驗機對所制得的50組煤巖芯進行巖石力學參數測試，測試參數為煤巖的彈性模量E_s、泊松比μ_s和單軸抗壓強度σ_ci；

巖石力學參數測試采用位移加載控制方式；

(4)、建立煤巖的霍克-布朗(Hoek-Brown)準則；