[發明專利]一種綜合考慮鉆井和水力壓裂的水平井方位優化方法

有效

• 申請號: 202110604335.4
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113221227B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 馬天壽;王浩男;付建紅;白楊;吳鵬程;鐘成旭
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/28;E21B43/30;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 唐亭

1.一種綜合考慮鉆井和水力壓裂的水平井方位優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S10、收集工區的地層垂深TVD、巖石力學參數、孔隙壓力參數、地應力參數以及工區待鉆井設計井身結構、設計鉆具結構、設計鉆井液性能參數、起下鉆速度v_p；

步驟S20、建立水平井坍塌壓力和破裂壓力計算模型，并根據工區的地層垂深TVD、巖石力學參數、孔隙壓力參數、地應力參數計算不同方位水平井眼的坍塌壓力當量密度ρ_c和破裂壓力當量密度ρ_f；

步驟S30、根據工區待鉆井設計井身結構、設計鉆具結構、設計鉆井液性能參數、起下鉆速度v_p計算設計水平井的波動壓力當量密度ρ_sw；

步驟S40、繪制坍塌壓力當量密度ρ_c、破裂壓力當量密度ρ_f、設計鉆井液密度ρ_m和波動壓力當量密度ρ_sw關系圖版，確定最佳水平井鉆井方位；

當坍塌壓力當量密度ρ_c、破裂壓力當量密度ρ_f之間的安全密度窗口，即坍塌壓力當量密度ρ_c、破裂壓力當量密度ρ_f二者之間的區域在寬的情況下，設計鉆井液密度ρ_m和波動壓力當量密度ρ_sw構成的鉆井操作密度波動范圍不會超過安全密度窗口，沿著任意方向鉆井均不會發生井壁垮塌和井壁破裂，此時，從有利于水力壓裂的角度考慮，優化的水平井方位為最小水平地應力方向；

當坍塌壓力當量密度ρ_c、破裂壓力當量密度ρ_f之間的安全密度窗口，即坍塌壓力當量密度ρ_c、破裂壓力當量密度ρ_f二者之間的區域在不寬的情況下，設計鉆井液密度ρ_m和波動壓力當量密度ρ_sw構成的鉆井操作密度波動范圍會超過安全密度窗口，即鉆井操作密度波動范圍與安全密度窗口之間存在重疊區，重疊區的虛框陰影區，可以得到重疊區邊界點與最小水平地應力方向的夾角ψ₁和ψ₂，此時，從有利于水力壓裂的角度考慮，優化的水平井方位為靠近最小水平地應力方向的夾角min{ψ₁,ψ₂}。

2.根據權利要求1所述的一種綜合考慮鉆井和水力壓裂的水平井方位優化方法，其特征在于，所述巖石力學參數包括巖石泊松比μ、巖石內聚力C₀、巖石內摩擦角巖石抗張強度S_t和巖石Biot系數α_p；所述孔隙壓力參數包括地層孔隙壓力P_p；所述地應力參數包括垂向地應力σ_v、最大水平地應力σ_H、最小水平地應力σ_h；所述設計井身結構包括井深H、井筒直徑D_w；所述設計鉆具結構包括鉆鋌外徑d_dc、鉆鋌長度L_dc、鉆桿外徑d_dp、鉆桿長度L_dp；所述設計鉆井液性能參數包括設計鉆井液密度ρ_m、流性指數n和稠度系數K。

3.根據權利要求1所述的一種綜合考慮鉆井和水力壓裂的水平井方位優化方法，其特征在于，所述步驟S20中水平井坍塌壓力和破裂壓力計算模型如下：

式中：σ_r、σ_θ、σ_z、τ_θz分別為井眼圓柱坐標下井壁應力，MPa；σ_H為水平最大地應力，MPa；σ_h為水平最小地應力，MPa；σ_v為垂向地應力，MPa；P_w為鉆井液液柱壓力，MPa；θ為井周角，°；ψ為井眼方位，°；μ為泊松比，無因次；σ_i、σ_j、σ_k分別為井壁主應力分量，MPa；P_p為孔隙壓力，MPa；α_p為Biot系數，無因次。