[發(fā)明專利]一種計算煤層氣井破裂壓力的方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710734957.2
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107679999B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 東振;孫粉錦;鮑清英;穆福元;張義;張繼東;陳姍姍;王勃;楊焦生;趙洋;王玫珠;孔璐琳
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;沈金輝

1.一種計算煤層氣井破裂壓力的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

通過室內實驗，獲取目的煤層的煤巖I型裂縫斷裂韌性；

通過對研究區(qū)塊內煤層氣井進行測井資料變尺度分析，獲取煤層分形參數(shù)；

結合獲取的煤巖I型裂縫斷裂韌性、煤層分形參數(shù)以及煤層氣井破裂壓力計算模型計算煤層氣井的破裂壓力；

所述煤層氣井破裂壓力計算模型為：

其中，f_i(P)為破裂壓力目標函數(shù)，MPa；P為井底壓力，MPa；P_p為地層壓力，MPa；σ_i、σ_j、σ_k為井壁三個主應力，MPa；ω₁、ω₂、ω₃為三個主應力對應方向向量與面割理外法線的夾角，rad；η為biot系數(shù)，無量綱；L_f為面割理長度，m；K_IC為I型裂縫斷裂韌性，MPa·m^1/2；r為自相似系數(shù)；無量綱；D為分形維數(shù)，無量綱；

所述煤層氣井破裂壓力計算模型的構建方法包括如下步驟：

推導出考慮分形特征的煤巖I型裂縫斷裂韌性；

通過矩陣轉換、地應力分析獲得任意產(chǎn)狀的面割理法向合力；

根據(jù)面割理法向合力大于考慮分形特征的煤巖I型裂縫斷裂韌性時裂縫起裂的破壞準則，建立起煤層氣井破裂壓力計算模型；

所述矩陣轉換為不同坐標系間的矩陣轉換關系；所述地應力分析為巖石力學中的力學分析過程；所述破壞準則為斷裂力學中的I型裂縫破壞準則。

2.根據(jù)權利要求1所述的計算煤層氣井破裂壓力的方法，其特征在于，

在所述通過室內實驗，獲取目的煤層煤巖I型裂縫斷裂韌性步驟中，室內實驗所使用的預制裂縫煤巖是通過以下步驟制備的：

繩索取心獲得的目的層煤巖；通過金剛石切片機制成厚度為30-50mm的圓盤形巖心段；在所述圓盤形巖心段上述預制裂縫，所述預制裂縫的長度與圓盤直徑比為0.1-0.3。

3.根據(jù)權利要求1所述的計算煤層氣井破裂壓力的方法，其特征在于，

在所述通過對研究區(qū)塊內煤層氣井進行測井資料變尺度分析，獲取煤層分形參數(shù)步驟中，

所述分形參數(shù)為分形維數(shù)；

所述測井資料變尺度分析的具體計算公式為：

其中，R為極差，S為標準差，R(n)/S(n)是分析第n個樣點所對應的R/S值，將聲波時差/深淺電阻率/密度的R(n)/S(n)與n作雙對數(shù)散點圖，回歸得到直線斜率為H，則分形維數(shù)為2-H。

4.根據(jù)權利要求1～3任一項所述的計算煤層氣井破裂壓力的方法，其特征在于，

所述結合獲取的煤巖的斷裂韌性、煤層分形參數(shù)以及煤層氣井破裂壓力計算模型計算煤層氣井的破裂壓力的具體過程為：

a、井周角范圍為0-180°，在給定井周角的前提下，使井底壓力從P_p以0.1P_p的步長增加至10P_p；

b、計算井壁三個主應力σ_i、σ_j、σ_k以及三個主應力對應方向向量與面割理外法線的夾角ω₁、ω₂、ω₃；

c、將各參數(shù)帶入所述煤層氣井破裂壓力計算模型，求解破裂壓力目標函數(shù)f_i(P)的值；將目標函數(shù)f_i(P)的絕對值小于誤差ζ時的井底壓力作為當前井周角下的破裂壓力，最后比較井周角范圍內的破裂壓力，并將最小值作為井眼破裂壓力。

5.根據(jù)權利要求4所述的計算煤層氣井破裂壓力的方法，其特征在于，

采用以下公式計算煤層氣井破裂壓力計算模型中的井壁三個主應力σ_i、σ_j、σ_k：

其中：σ_z、σ_θ和σ_θz為井眼坐標系下應力分量，MPa。