[發(fā)明專利]天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風(fēng)險判斷方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011010241.6
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112127879B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 路千里;劉壯;郭建春;管彬;張航;何樂;王守義
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/007;G06F30/20;G06Q50/02;G06F119/14
• 代理公司: 北京中索知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11640
• 代理人: 房立普

1.天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風(fēng)險判斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、獲取目標(biāo)工區(qū)的地應(yīng)力、天然裂縫產(chǎn)狀、井筒參數(shù)、縫內(nèi)流體壓力p_f，再根據(jù)地應(yīng)力分別計算地應(yīng)力在y方向的上的剪應(yīng)力τ_xy、地應(yīng)力在x方向的上的正應(yīng)力σ_x；

步驟二、分別建立裂縫未完全撐開-套管系統(tǒng)受力計算模型、裂縫完全撐開-套管系統(tǒng)受力計算模型；

步驟三、根據(jù)縫內(nèi)流體壓力p_f和地應(yīng)力在x方向的上的正應(yīng)力σ_x判斷裂縫狀態(tài)，若p_f≤σ_x，則裂縫屬于未完全撐開狀態(tài)；若p_f＞σ_x，則裂縫屬于完全撐開狀態(tài)；

步驟四、根據(jù)裂縫狀態(tài)選擇裂縫未完全撐開-套管系統(tǒng)受力計算模型、裂縫完全撐開-套管系統(tǒng)受力計算模型計算得到井筒所受剪應(yīng)力τ_c；

步驟五、最后根據(jù)步驟一的井筒參數(shù)和步驟四計算得到的井筒所受剪應(yīng)力τ_c進(jìn)行比較，從而判斷井筒是否存在套變風(fēng)險。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風(fēng)險判斷方法，其特征在于，所述步驟一中計算地應(yīng)力在y方向的上的剪應(yīng)力τ_xy、地應(yīng)力在x方向的上的正應(yīng)力σ_x的計算公式如下：

式中：τ_xy為地應(yīng)力在y方向的上的剪應(yīng)力，MPa；σ_H為最大水平主應(yīng)力，MPa；σ_h為最小水平主應(yīng)力，MPa；θ為最大水平主應(yīng)力方向沿順時針方向與裂縫面夾角，°；σ_x為地應(yīng)力在x方向的上的正應(yīng)力，MPa。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風(fēng)險判斷方法，其特征在于，所述井筒參數(shù)包括套管內(nèi)徑r₁、套管外徑r₂、裸眼井徑R、套管抗剪強(qiáng)度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風(fēng)險判斷方法，其特征在于，所述裂縫未完全撐開-套管系統(tǒng)受力計算模型為：

f_max＝μσ_nA_f

式中：τ_xy為地應(yīng)力在y方向的上的剪應(yīng)力，MPa；τ_c為井筒所受剪應(yīng)力，MPa；A_f為裂縫面積，m²；A_c為裂縫面上套管與水泥環(huán)圍成的橢圓環(huán)面積，m²；θ為最大水平主應(yīng)力方向沿順時針方向與裂縫面夾角，°；r₁為套管內(nèi)徑，mm；R為鉆入油層鉆頭直徑，mm；α為最大水平主應(yīng)力方向沿順時針方向與水平井筒夾角，°；f_max為裂縫面最大靜摩擦力，10⁶N；σ_n為裂縫面上基巖接觸正應(yīng)力，MPa；μ為裂縫面摩擦系數(shù)，無因次。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風(fēng)險判斷方法，其特征在于，所述裂縫完全撐開-套管系統(tǒng)受力計算模型為：

式中：τ_xy為地應(yīng)力在y方向的上的剪應(yīng)力，MPa；τ_c為井筒所受剪應(yīng)力，MPa；A_f為裂縫面積，m²；A_c為裂縫面上套管與水泥環(huán)圍成的橢圓環(huán)面積，m²；θ為最大水平主應(yīng)力方向沿順時針方向與裂縫面夾角，°；r₁為套管內(nèi)徑，mm；R為裸眼井徑，mm；α為最大水平主應(yīng)力方向沿順時針方向與水平井筒夾角，°。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風(fēng)險判斷方法，其特征在于，所述步驟五中將步驟四計算得到的井筒所受剪應(yīng)力τ_c與步驟一井筒參數(shù)中的套管抗剪強(qiáng)度進(jìn)行比較，若井筒所受剪應(yīng)力τ_c小于或等于套管抗剪強(qiáng)度，則不存在套變風(fēng)險，若井筒所受剪應(yīng)力τ_c大于套管抗剪強(qiáng)度，則存在套變風(fēng)險。