[發明專利]天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風險判斷方法

有效

• 申請號: 202011010241.6
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112127879B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 路千里;劉壯;郭建春;管彬;張航;何樂;王守義
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/007;G06F30/20;G06Q50/02;G06F119/14
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 房立普

本發明公開天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風險判斷方法，屬于頁巖氣壓裂技術領域。本發明主要是克服現有技術中的不足之處，提出天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風險判斷方法，包括：獲取目標工區的地應力、巖石力學參數、天然裂縫產狀、井筒參數；分別建立裂縫未完全撐開?套管系統受力計算模型、裂縫完全撐開?套管系統受力計算模型；判斷裂縫狀態并計算井筒所受剪應力；最后根據井筒參數和井筒所受剪應力進行比較，從而判斷井筒是否存在套變風險。本發明可以快速預判水平井套變風險，在判斷套變風險較高的地區，可以考慮采用優化井筒方位、加強固井質量、適當降低排量、采用暫堵技術等措施合理控制縫內流體壓力降低套變風險。

技術領域

本發明涉及天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風險判斷方法，屬于頁巖氣壓裂技術領域。

背景技術

頁巖氣壓裂過程中，套管變形(以下簡稱套變)會影響井筒完整性、阻礙井下工具下放、降低壓裂分段有效性、甚至導致部分壓裂段放棄改造，已成為影響頁巖氣壓裂開發的重要因素之一。

許多學者就套變問題開展了研究，目前認為裂縫滑移剪切井筒，井筒管壁屈服擠毀，以及熱應力是引起套變的幾類主要因素。關于裂縫滑移剪切井筒導致套變的研究，廖仕孟等，陳朝偉等，李留偉等統計了現場測井以及施工數據，分析了長寧、威遠、以及昭通等區塊套變井特征，認為斷層、天然裂縫發育區域發生套變概率較高，斷層滑移剪切是導致該地區套變的主要因素。高利軍等、付盼等、Lian等、Yin等、Xi等利用數模軟件分析了壓裂破碎帶、地層滑移、固井情況、天然裂縫對于套變的影響。付盼等、王向陽等基于大物模實驗裝置分析了天然裂縫參數對于套變的影響；關于井筒管壁屈服擠毀以及熱應力導致套變的研究主要從理論方面展開，趙均海等，林元華等基于統一強度理論分析了套管的抗擠強度以及全管壁屈服擠毀壓力。劉建中等建立復合力學模型研究了套變的臨界壓力以及變形區的應力分布。于浩等利用數模軟件分析了地應力和巖石強度對套管失效的影響。劉奎等基于復變函數方法研究了壓裂過程中溫度-壓力變化對于井筒完整性的影響。Yan等利用數模軟件分析了壓裂過程中溫度變化導致的固井缺陷對于套變的影響。綜上所述，前人多采用數模軟件對套變現象開展相關研究，而對于壓裂過程中套管受力以及破壞機理認識則相對不足。

此外，現場壓裂改造需要一種能夠快速對套變風險進行判斷的方法，而數模方法存在建模復雜、計算速度慢的限制。

發明內容

本發明主要是克服現有技術中的不足之處，提出天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風險判斷方法。

本發明解決上述技術問題所提供的技術方案是：天然裂縫頁巖地層水力壓裂水平井井筒套變風險判斷方法，包括以下步驟：

步驟一、獲取目標工區的地應力、天然裂縫產狀、井筒參數、縫內流體壓力p_f，再根據地應力分別計算地應力在y方向的上的剪應力τ_xy、地應力在x方向的上的正應力σ_x；

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

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

步驟四、根據裂縫狀態選擇裂縫未完全撐開-套管系統受力計算模型、裂縫完全撐開-套管系統受力計算模型計算得到井筒所受剪應力τ_c；

步驟五、最后根據步驟一的井筒參數和步驟四計算得到的井筒所受剪應力τ_c進行比較，從而判斷井筒是否存在套變風險。

進一步的技術方案是，所述步驟一中地應力在y方向的上的剪應力τ_xy的計算公式如下：