[發(fā)明專利]一種硬脆性泥頁巖破裂壓力預測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711308930.3
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108104804A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 趙曉姣;屈展;凡元芳;樊恒;薛朝妹;徐竟天;趙志峰
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B43/26
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種硬脆性泥頁巖破裂壓力預測方法，其特征在于，包括以下步驟:

1)通過室內(nèi)水化三軸實驗得到硬脆性泥頁巖的巖石參數(shù)，包括巖石的抗壓強度、彈性模量和泊松比；

2)通過現(xiàn)場地層壓裂試驗獲得泥頁巖地層的地應力測試數(shù)據(jù)，包括最大水平有效應力σ1、最小水平有效應力σ2、上覆應力σv、巖石抗張強度St和巖石的抗壓強度；

3)收集計算所需的其它常規(guī)數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)構(gòu)造應力系數(shù)、水化應力、孔隙彈性常數(shù)、透膜效率、氣體常數(shù)、純水偏摩爾體積、進入地層液體活度、泥頁巖中水的活度和泥頁巖孔隙度；

4)基于彈塑性力學和巖石力學理論，計算出考慮滲流的垂直井井壁周圍地層的應力分布；

σ r = R 2 r 2 p i + ( σ 1 + σ 2 ) 2 ( 1 - R 2 r 2 ) + ( σ 1 - σ 2 ) 2 ( 1 + 3 R 4 r 4 - 4 R 2 r 2 ) cos 2 θ + δ [ α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) ( 1 + R 2 r 2 ) - φ ] ( p i - p p ) σ θ = - R 2 r 2 p i + ( σ 1 + σ 2 ) 2 ( 1 + R 2 r 2 ) - ( σ 1 - σ 2 ) 2 ( 1 + 3 R 4 r 4 ) cos 2 θ + δ [ α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) ( 1 + R 2 r 2 ) - φ ] ( p i - p p ) σ r θ = - ( σ 1 - σ 2 ) 2 ( 1 - 3 R 4 r 4 + 2 R 2 r 2 ) sin 2 θ σ z = σ v - μ [ 2 ( σ 1 - σ 2 ) ( R r ) 2 cos 2 θ ] + δ [ α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) ( 1 + R 2 r 2 ) - φ ] ( p i - p p ) ]]>

其中：σr為徑向應力，Mpa；σθ為切向應力，Mpa；σrθ為剪應力，Mpa；σz為垂向應力，Mpa；σv為上覆巖層壓力，Mpa；pi為鉆井液液柱壓力，Mpa；pp為原始地層空隙壓力，Mpa；為有效應力系數(shù)；μ為泊松比；σ1水平最大地應力，Mpa；σ2為水平最小地應力，Mpa；R為最大井眼半徑，m；r為井眼半徑，m；δ為滲透系數(shù)；φ為泥頁巖孔隙度；

5)計算考慮水化的作用下的有效切向應力：

σ θ ′ = 3 σ 2 - σ 1 - p i + [ α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) - φ ] ( p i - p p ) - p p - I m R ′ T V ‾ ln ( A w ) m ( A w ) s h × 10 - 6 ]]>

其中：σ'θ為有效切向應力，Mpa；Im為透膜效率；R′為氣體常數(shù)；T為絕對溫度；為純水偏摩爾體積；(Aw)m為進入地層液體活度；(Aw)sh為泥頁巖中水的活度；φ為泥頁巖孔隙度；

6)根據(jù)最大張應力準則，得到硬脆性泥頁巖地層的破裂壓力模型：

p F = 1 1 - ( α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) - φ ) ( S t - I m R ′ T V ‾ l n ( A w ) m ( A w ) s h × 10 - 6 ) + p p + 1 1 - ( α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) - φ ) ( 2 μ 1 - μ + 3 β - α ) ( S - p p ) ]]>

式中pF為地層破裂壓力，Mpa；α，β為地質(zhì)構(gòu)造應力系數(shù)；

S為上覆應力，Mpa；St為巖石的抗張強度，Mpa。