[發明專利]一種煤層水平井水平段井壁破裂壓力計算模型及獲取方法

在審

• 申請號: 202111367946.8
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114154311A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 鞏澤文;許耀波;李林;張東亮;降文萍;王戰鋒;杜志強;徐建軍
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/02;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 孫雅靜

本發明公開了一種煤層水平井水平段井壁破裂壓力計算模型及獲取方法，所述的煤層水平井水平段井壁破裂壓力P_f，MPa：式中：σ_v為煤層水平井水平段井壁垂向主應力，MPa；σ_h為煤層水平井水平段井壁最小水平主應力，MPa；σ_H為煤層水平井水平段井壁最大水平主應力，MPa；α_煤系為煤層水平井水平段井壁地層有效應力系數，無量綱；P_p為煤層水平井水平段井壁地層壓力，MPa；S_t為煤層水平井水平段井壁巖石抗張強度，MPa；本發明對煤層水平井井壁受力進行剖析，有效的提高了煤層氣煤層水平井水平段井壁破裂壓力預測的精確度，為后續煤層氣水平井鉆井施工和壓裂施工提供理論支撐。

技術領域

本發明屬于煤層氣水平井儲層改造技術領域，涉及一種煤層水平井水平段井壁破裂壓力計算模型及獲取方法。

背景技術

地層破裂壓力是合理確定煤層氣井井身結構、安全鉆井和壓裂施工設計等工作的重要參數，這項參數的獲取有兩種途徑，一種途徑是室內巖石力學實驗測試或現場水力壓裂施工監測，另一種途徑是利用理論經典模型推算。目前，國內外定量計算地層破裂壓力公式主要有：Hubbert-Willis公式、Eaton公式、Anderson公式、Stephn公式、Terzaghi公式、Haimson-Fairhurst公式、黃榮樽公式、魏氏公式、李傳亮公式、R.Douglas公式和鄧金根公式，這些破裂壓力的計算模型都是基于直井井身結構推導的，沒有考慮井斜、方位和井周角對破裂壓力的影響，同直井相比，由于水平井井斜較大，隨著井斜、方位和井周角的變化，井壁受力復雜程度增加，利用直井破裂壓力預測模型計算煤層氣水平井水平段井壁破裂壓力，準確度低，導致現場鉆井泥漿性能匹配程度低，井眼縮徑、井壁坍塌、漏失和壓裂效果差等問題頻發，這些現象表明水平井水平段裂縫起裂機理與垂直井有顯著差別。隨著煤層氣開發的不斷發展，開采區域逐漸向碎軟復雜構造區拓寬，煤層煤體結構復雜，水平井井壁安全和壓裂改造問題突出。因此，開展煤層氣水平井井壁破裂機理研究，建立多因素控制的煤層水平井水平段井壁破裂壓力預測模型，對于指導煤層氣水平井鉆完井工程和水力壓裂優化設計具有重要的意義。

發明內容

為解決煤層水平井水平段井壁破裂壓力預測精度低的問題，本發明提供了一種煤層水平井水平段井壁破裂壓力預測模型，該方法通過水平井井壁應力場分析，結合最大拉應力理論，建立了煤層水平井水平段井壁破裂壓力預測模型，模型受地層垂向主應力、最大水平主應力、最小水平主應力、地層壓力、巖石抗張強度、巖石泊松比、地層有效應力系數、水平井井身方位、井周角約束，本發明考慮了煤層水平井井斜、井眼方位和井周角對井壁破裂壓力的影響，使煤層水平井水平段井壁破裂壓力的預測模型更為合理。

具體的技術方案包括：

一種煤層水平井水平段井壁破裂壓力計算模型，所述的煤層水平井水平段井壁破裂壓力P_f，MPa：

式中：σ_v為煤層水平井水平段井壁垂向主應力，MPa；σ_h為煤層水平井水平段井壁最小水平主應力，MPa；σ_H為煤層水平井水平段井壁最大水平主應力，MPa；α_煤系為煤層水平井水平段井壁地層有效應力系數，無量綱；P_p為煤層水平井水平段井壁地層壓力，MPa；S_t為煤層水平井水平段井壁巖石抗張強度，MPa；

A＝1-2cos2θ-2νcos2θ；

B＝sin²β+2sin²βcos2θ+cos²β+2νsin²βcos2θ；

C＝cos²β+2cos²βcos2θ+sin²β+2νcos²βcos2θ；