[發明專利]井壁圍巖應力計算方法及裝置

在審

• 申請號: 201710628168.0
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN110020393A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 周建平;郭建春
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 劉丹;黃健

1.一種井壁圍巖應力計算方法，其特征在于，包括：

根據廣義平面應變問題的求解方法計算載荷不平衡產生的井壁圍巖應力；

計算井壁圍巖的熱應力；

根據所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力與所述井壁圍巖的熱應力計算井壁圍巖應力。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：

計算流體滲流對井壁圍巖產生的附加應力；

所述根據所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力與所述井壁圍巖的熱應力計算井壁圍巖應力，包括：

根據所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力、所述井壁圍巖的熱應力和所述流體滲流對井壁圍巖產生的附加應力計算井壁圍巖應力。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：

計算流體滲流對井壁圍巖產生的附加應力；

計算井壁應力降低系數，通過所述井壁應力降低系數對所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力的切向應力進行非線性修正，得到所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力的切向有效應力；

所述根據所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力與所述井壁圍巖的熱應力計算井壁圍巖應力，包括：

根據所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力的徑向應力、所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力的垂向應力和所述載荷不平衡產生的井壁圍巖應力的切向有效應力與所述井壁圍巖的熱應力和所述流體滲流對井壁圍巖產生的附加應力計算井壁圍巖應力。

4.根據權利要求1～3任一項所述的方法，其特征在于，所述計算井壁圍巖的熱應力，包括：

根據熱傳導微分方程、井壁圍巖初始溫度和井壁圍巖瞬時溫度計算井壁圍巖的溫度場；

根據熱彈性力學的基本方程和所述井壁圍巖的溫度場計算所述井壁圍巖的熱應力。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述熱彈性力學的基本方程包括平衡方程、幾何方程和物理方程，所述根據熱彈性力學的基本方程和所述井壁圍巖的溫度場計算所述井壁圍巖的熱應力，包括：

根據所述平衡方程、所述幾何方程和所述物理方程得到井壁圍巖的熱應力表達式；

將所述井壁圍巖的溫度場代入所述井壁圍巖的熱應力表達式得到所述井壁圍巖的熱應力的徑向應力σ_rT、所述井壁圍巖的熱應力的切向應力σ_θT和所述井壁圍巖的熱應力的垂向應力σ_zT：

其中，T(r)為所述井壁圍巖的溫度場，α_T為巖石熱熱脹系數，E為巖石的楊氏彈性模量，μ為巖石的泊松比，△T為井筒內流體溫度和地層溫度之差。

6.根據權利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述計算流體滲流對井壁圍巖產生的附加應力，包括：

根據如下公式計算所述流體滲流對井壁圍巖產生的附加應力的徑向應力σ_rs、所述流體滲流對井壁圍巖產生的附加應力的切向應力σ_θs和所述流體滲流對井壁圍巖產生的附加應力的垂向應力σ_zs：

其中，f為巖石的孔隙度，P_p為地層原始孔隙壓力，μ為泊松比，η為有效應力系數，Pw為液柱壓力，A＝R²/r²，R是井筒半徑，r是半徑變量，α_T為巖石熱熱脹系數，E為巖石的楊氏彈性模量，μ為巖石的泊松比，△T為井筒內流體溫度和地層溫度之差。