[發明專利]基于節理面粗糙度的井壁穩定模擬方法及裝置

有效

• 申請號: 202111673341.1
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114460267B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 陳剛;楊恒林;袁光杰;夏焱;付利;王元;馮明;郭凱杰;孫鈺淇
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團有限公司;中國石油集團工程技術研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G06F30/20
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 楊丹;郝博

本發明公開了一種基于節理面粗糙度的井壁穩定模擬方法及裝置，該方法包括：對節理面進行三維輪廓掃描獲取節理面參數，計算節理面的粗糙度；所述節理面根據預設的起伏角切割巖樣得到；根據剪切試驗獲取的巖樣的法向應力和切向應力計算巖樣的巖石力學參數；根據巖石力學三軸實驗獲取的巖樣的軸向應力、軸向應變和徑向應變計算巖樣的巖石物性參數；根據節理面的粗糙度、巖石力學參數、巖石物性參數和流體實驗獲取的流體參數，建立井壁穩定模型；通過改變起伏角和/或節理面個數多次切割巖樣獲取多個井壁粗糙度；將所述多個井壁粗糙度分別輸入井壁穩定模型，獲得多個井壁巖石位移量，判斷井壁穩定模型是否穩定，可以提高井壁穩定性判斷的準確性。

技術領域

本發明涉及非常規鉆井工程技術領域，尤其涉及一種基于節理面粗糙度的井壁穩定模擬方法及裝置。

背景技術

本部分旨在為權利要求書中陳述的本發明實施例提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就承認是現有技術。

井壁穩定是鉆完井過程中需考慮的關鍵問題，由于頁巖氣儲層中存在天然節理面，在鉆井過程中容易發生滑移，產生掉塊造成卡鉆等鉆井事故，處理卡鉆事故增加鉆井周期，降低鉆井效率，增加鉆井成本。通過鉆前模擬分析，可以計算井壁處巖石滑移量，判斷井壁是否發生失穩，幫助鉆井工程師提前判斷井下情況，制定安全鉆井方案。

目前判斷井壁穩定的方法主要分為：實驗室模擬法，有限元預測法等。其中，實驗室模擬法是通過實驗室的大型設備制造井下復雜情況，然后模擬井下應力場，獲得鉆井前過程中井筒半徑的變化量進行計算，此方法設備較為昂貴，且實驗室模擬只能做到部分接近現場條件，僅可作為參考。有限元預測法是通過前期巖石力學實驗獲得巖石力學參數，將巖石力學參數帶入建立的模型中，但無法模擬含有節理面的井壁失穩情況。

綜上來看，亟需一種不同于現有技術的井壁穩定判斷方法。

發明內容

本發明實施例提供一種基于節理面粗糙度的井壁穩定模擬方法，用以提高井壁穩定性判斷的準確性，減少井下事故發生，降低模擬成本，該方法包括：

對節理面進行三維輪廓掃描獲取節理面參數，根據節理面參數計算節理面的粗糙度；所述節理面根據預設的起伏角切割巖樣得到；

根據剪切試驗獲取的巖樣的法向應力和切向應力計算巖樣的巖石力學參數；

根據巖石力學三軸實驗獲取的巖樣的軸向應力、軸向應變和徑向應變計算巖樣的巖石物性參數；

根據節理面的粗糙度、巖石力學參數、巖石物性參數和流體實驗獲取的流體參數，建立井壁穩定模型；

獲取多個井壁粗糙度，所述多個井壁粗糙度通過改變起伏角和/或節理面個數多次切割巖樣得到；將所述多個井壁粗糙度分別輸入井壁穩定模型，獲得多個井壁巖石位移量；根據所述多個井壁巖石位移量判斷井壁穩定模型是否穩定。

本發明實施例還提供一種基于節理面粗糙度的井壁穩定模擬裝置，用以提高井壁穩定性判斷的準確性，減少井下事故發生，降低模擬成本，該裝置包括：

粗糙度計算模塊，用于對節理面進行三維輪廓掃描獲取節理面參數，根據節理面參數計算節理面的粗糙度；所述節理面根據預設的起伏角切割巖樣得到；

巖石力學參數計算模塊，用于根據剪切試驗獲取的巖樣的法向應力和切向應力計算巖樣的巖石力學參數；

巖石物性參數計算模塊，用于根據巖石力學三軸實驗獲取的巖樣的軸向應力、軸向應變和徑向應變計算巖樣的巖石物性參數；

井壁穩定模型建立模塊，用于根據節理面的粗糙度、巖石力學參數、巖石物性參數和流體實驗獲取的流體參數，建立井壁穩定模型；