一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法

本发明涉及油气钻井工程，尤其涉及一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法。

背景技术：

1、油气钻井就是利用钻机设备及破岩工具破碎地层形成井筒的工艺过程，目地是进行地质评价、发现油气藏、开发油气藏，为有效开发页岩气藏，通常采用水平钻井和体积压裂技术，随着页岩气藏持续开发，体积压裂井逐渐暴露出缝控储层有限，产气量下降速度过快等问题，考虑到开发初期井网较大(400m左右)，井间剩余储层较高，因此，对页岩等非常规油气储层进行加密井体积压裂可以有效增加整个储层的井间改造程度，实现井间剩余储量的突破。

2、随着页岩气不断开采，导致地下能量亏空，常规过平衡钻井容易导致储层伤害，影响后期开采效率，为此欠平衡钻井是一个不错的选择，然而，由于页岩储集层孔喉小、强亲水使其具有极强毛细管自吸能力，导致钻井液水相侵入地层引起黏土矿物水化膨胀，以及钻井液与储层发生微观物理化学反应，易诱发井壁失稳。

3、目前研究页岩加密井欠平衡钻井井壁稳定问题相关成果较少，无法有效提高加密井欠平衡钻井的井壁稳定性，不能降低钻井事故的发生率，从而导致加密井欠平衡钻井作业的安全性得不到保证，而搞清加密井欠平衡钻井条件下井周应力变化规律，构建基于地质力学模型的加密井井壁稳定模型，将对于减少加密井欠平衡钻井时的井壁失稳事故的发生及提高储层保护极为重要，因此，本发明提出一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提出一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，解决目前研究页岩加密井欠平衡钻井井壁稳定问题相关成果较少，无法有效提高加密井欠平衡钻井的井壁稳定性，不能降低钻井事故的发生率，从而导致加密井欠平衡钻井作业的安全性得不到保证的问题。

2、为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，步骤一：根据目标储层的油藏构造模型和油藏地质属性模型建立储层三维地质力学模型，将目标储层的预制井眼轨迹加载至储层三维地质力学模型；

3、步骤二：采集目标储层的储层岩心样本，对采集的储层岩心样本进行力学性能检测实验，并获取层岩心样本的关键力学参数；

4、步骤三：根据关键力学参数建立加密井欠平衡钻井条件下的毛管力水侵控制方程、化学场控制方程、岩石骨架变形方程、应力场与微裂缝多孔介质变形场作用下的物性参数方程，并设定边界条件；

5、步骤四：采用有限元方法计算步骤三中的各方程，并以地层压力参数作为输入参数，导入储层三维地质力学模型进行动态岩石力学参数和地应力参数计算，得到欠平衡钻井条件下的动态地质力学场；

6、步骤五：将目标储层的加密井井轨迹导入储层三维地质力学模型中，并采集预制井眼轨迹条件下的应力数据和更新岩石力学参数；

7、步骤六：联立摩尔-库伦准则，根据步骤五中的应力数据和更新岩石力学参数求解加密井坍塌压力，最后根据预制井眼轨迹下的坍塌压力设计加密井钻井方案。

8、进一步改进在于：所述步骤一中，基于体元构造框架建模技术建立准确的区块构造模型，通过测井、录井和地震数据，并结合小层厚度标定，开展三维精细地质建模。

9、进一步改进在于：所述步骤一中，通过测井、录井和地震数据建立油藏构造模型，并确定不同岩性的空间分布和岩石物理参数的变化规律，再结合相控技术建立油藏地质属性模型。

10、进一步改进在于：建立油藏地质属性模型时，收集目标储层的测井、岩心和室内试验数据，以岩性分析为约束结果，通过数值模拟方法得到关键油藏属性的参数分布特征。

11、进一步改进在于：所述步骤一中，建立储层三维地质力学模型时，收集测井、岩心和地震数据，将收集到的数据预处理至符合建模要求，再对预处理后的数据进行分析，建立储层属性与岩石力学属性之间的关系，并根据数据分析结果建立三维岩石力学模型，接着利用三维岩石力学模型对储层属性进行三维反演，得到岩石力学属性，然后利用测井解释的岩石力学结果和室内岩石力学实验成果进行环境约束和质量控制，保证反演结果的准确性和可靠性。

12、进一步改进在于：所述步骤一中，将预制井眼轨迹加载至所述储层三维地质力学模型中，获取预制井眼轨迹与储层三维地质力学解释成果。

13、进一步改进在于：所述步骤二中，对储层岩芯样本的力学检测试验包括湿润角实验和三轴压缩实验，获取的关键力学参数包括润湿性、粘聚力和内摩擦角度。

14、进一步改进在于：所述步骤六中，联立动态地质力学模型导入至井壁稳定力学模型中对地层的孔隙压力和坍塌压力进行计算，得到加密井欠平衡钻井条件下的临界钻井液密度值。

15、本发明的有益效果为：本发明考虑欠平衡条件下毛细管作用和化学势作用诱使水侵现象，结合地质力学模型综合分析了不同钻井条件加载下孔隙压力场分布对地层应力重分布的影响，可有效降低地层压力亏空条件下欠平衡钻井井壁失稳风险和储层伤害，提高加密井欠平衡钻井的井壁稳定性，从而减少钻井事故的发生，实现安全高效钻井和长期生产作业。

技术特征：

1.一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，其特征在于：所述步骤一中，基于体元构造框架建模技术建立准确的区块构造模型，通过测井、录井和地震数据，并结合小层厚度标定，开展三维精细地质建模。

3.根据权利要求1所述的一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，其特征在于：所述步骤一中，通过测井、录井和地震数据建立油藏构造模型，并确定不同岩性的空间分布和岩石物理参数的变化规律，再结合相控技术建立油藏地质属性模型。

4.根据权利要求3所述的一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，其特征在于：建立油藏地质属性模型时，收集目标储层的测井、岩心和室内试验数据，以岩性分析为约束结果，通过数值模拟方法得到关键油藏属性的参数分布特征。

5.根据权利要求1所述的一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，其特征在于：所述步骤一中，建立储层三维地质力学模型时，收集测井、岩心和地震数据，将收集到的数据预处理至符合建模要求，再对预处理后的数据进行分析，建立储层属性与岩石力学属性之间的关系，并根据数据分析结果建立三维岩石力学模型，接着利用三维岩石力学模型对储层属性进行三维反演，得到岩石力学属性，然后利用测井解释的岩石力学结果和室内岩石力学实验成果进行环境约束和质量控制，保证反演结果的准确性和可靠性。

6.根据权利要求1所述的一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，其特征在于：所述步骤一中，将预制井眼轨迹加载至所述储层三维地质力学模型中，获取预制井眼轨迹与储层三维地质力学解释成果。

7.根据权利要求1所述的一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，其特征在于：所述步骤二中，对储层岩芯样本的力学检测试验包括湿润角实验和三轴压缩实验，获取的关键力学参数包括润湿性、粘聚力和内摩擦角度。

8.根据权利要求1所述的一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，其特征在于：所述步骤六中，联立动态地质力学模型导入至井壁稳定力学模型中对地层的孔隙压力和坍塌压力进行计算，得到加密井欠平衡钻井条件下的临界钻井液密度值。

技术总结本发明公开一种考虑加密井欠平衡钻井井壁坍塌压力计算方法，包括以下步骤：建立三维地质力学模型并加载预制井眼轨迹、采集储层岩心进行力学实验并获取关键力学参数、建立加密井欠平衡钻井条件下的渗流数学方程并设定边界条件、获取动态地质力学场、采集预制井眼轨迹条件下的应力数据和更新岩石力学参数以及求解加密井坍塌压力；本发明考虑欠平衡条件下毛细管作用和化学势作用诱使水侵现象，结合地质力学模型综合分析了不同钻井条件加载下孔隙压力场分布对地层应力重分布的影响，可有效降低地层压力亏空条件下欠平衡钻井井壁失稳风险和储层伤害，提高加密井欠平衡钻井的井壁稳定性，从而减少钻井事故的发生，实现安全高效钻井和长期生产作业。技术研发人员：时贤,龚武镇,黄维安,高祥森,王子振,倪红坚,庞学玉,王超杰受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）技术研发日：技术公布日：2024/6/18