确定井壁强化条件的方法与系统及井壁强化的方法与系统与流程
本发明涉及钻井勘探领域，具体地涉及一种用于确定井壁强化条件的方法与系统、及井壁强化的方法与系统。
背景技术：
井漏是指在压差作用下，钻井工作流体通过裂缝向地层漏失的现象。井漏作为最严重的井下复杂情况之一，不仅会造成钻井液损失与污染储层，还会导致井塌、井喷等一系列的井下复杂事故，这些事故每年对全球钻井行业造成的经济损失高达20～30亿美元。为了预防井漏事故的发生，减少井漏所造成的损害，井漏处理技术开始由“后期堵漏”向“先期预防”方向发展。例如，井壁强化技术作为一种重要的防漏技术措施，已得到广泛地推广和应用，但其具体作用机理尚未明确。
目前，常用的井壁强化方法为经验性地加入一系列尺寸的封堵剂进行随钻预防。由于地层裂缝开度难以准确预测，导致加入的随钻封堵材料充填效率较低，因此，该方法缺少定量化的施工参数，对井壁强化技术实施过程难以实现精细化控制。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于确定井壁强化条件的方法与系统、及井壁强化的方法与系统，其一方面可对井壁强化过程所需的钻井液的温度和强化材料的粒径分布进行定量化表征，从而实现对井壁强化过程的精细化控制；另一方面，利用温度变化所产生的热应力增强了强化材料充填对井周应力的影响，从而提高了井壁的承压能力。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于确定井壁强化条件的方法，该方法包括：根据井壁强化模型、所述井壁的预设承压及热流固耦合方程，计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁向地层延伸的裂缝的裂缝开度；根据所述井壁所需冷却至的目标温度，获得钻井液的温度；以及根据所述裂缝开度分布及粒径匹配准则，获取强化材料的粒径分布。
优选地，所述计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁向地层延伸的裂缝的裂缝开度分布包括：根据所述井壁强化模型及所述井壁的预设承压，计算在所述井壁被填充强化材料后的裂缝尖端的第一应力强度因子；根据所述热流固耦合方程、及所述井壁的预设承压与预设目标温度，计算裂缝尖端的第二应力强度因子；以及调整所述井壁的预设目标温度，并重新计算所述裂缝尖端的第二应力强度因子，直至所计算的第二应力强度因子与所述第一应力强度因子的差值的绝对值小于或等于预设值；根据最后一次调整的所述井壁的预设目标温度，获取所述井壁所需冷却至的目标温度；以及根据由所述热流固耦合方程与最后一次调整的所述井壁的预设目标温度得到的所述地层的位移场在所述井壁的裂缝处的位移，获取所述裂缝开度分布。
优选地，所述计算在所述井壁被填充强化材料后的裂缝尖端的第一应力强度因子包括：根据所述井壁强化模型，获取用于计算所述第一应力强度因子的第一公式；以及根据所述第一公式、所述井壁的预设承压、及距所述井壁无限远处的最小水平地应力与最大水平地应力，计算所述第一应力强度因子。
优选地，用于计算所述第一应力强度因子kia的第一公式为：kia＝(f1+f2)·[2pw-(σh+σh)]+(f1+3f3)·(σh-σh)-2f4·(pw-p)，其中，σh为距所述井壁无限远处的最小水平地应力；σh为距所述井壁无限远处的最大水平地应力；p为地层的孔隙压力；pw为所述井壁的预设承压；f1、f2、f3、f4分别为第一积分函数、第二积分函数、第三积分函数及第四积分函数，其中，所述第一积分函数f1、第二积分函数f2、第三积分函数f3及第四积分函数f4分别通过以下公式获得：
优选地，所述计算裂缝尖端的第二应力强度因子包括：根据所述热流固耦合方程、及所述井壁的预设承压与预设目标温度，计算地层的位移场；以及根据j积分算法及所述地层的位移场，计算所述裂缝尖端的第二应力强度因子。
优选地，所述热流固耦合方程包括：应力平衡方程、流体质量守恒方程及能量平衡方程，相应地，所述计算所述地层的位移场包括：根据所述应力平衡方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述位移场；根据所述流体质量守恒方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述地层的孔隙压力场；根据所述能量平衡方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述地层的温度场；在计算得到所述位移场、所述地层的孔隙压力场及所述地层的温度场的情况下，对该迭代计算过程进行计数；以及判断所述迭代计算过程的计数是否等于预设次数，在所述迭代计算过程的计数小于所述预设次数的情况下，将计算得到的所述位移场、所述地层的孔隙压力场与温度场作为初始值继续进行迭代计算过程。
优选地，所述粒径匹配准则包括：第一预设百分比的强化材料的累积粒径分布对应的粒径等于第一预设裂缝开度；且第二预设百分比的强化材料的累积粒径分布对应的粒径等于第二预设裂缝开度，其中，所述第一预设百分比小于所述第二预设百分比，所述第一预设裂缝开度小于所述第二预设裂缝开度，且所述第一预设裂缝开度及所述第二预设裂缝开度与所述裂缝开度分布中的最大裂缝开度相关。
通过上述技术方案，本发明创造性地通过井壁强化模型、井壁的预设承压及热流固耦合方程，定量计算井壁所需冷却至的目标温度和裂缝的裂缝开度分布，然后，根据井壁所需冷却至的目标温度，获取所需泵入的钻井液的温度，根据裂缝开度分布与粒径匹配准则，获取所需填充的强化材料的粒径分布，其可对井壁强化过程所需的钻井液的温度和强化材料的粒径分布进行定量化表征，从而可实现对井壁强化过程的精细化控制，为强化井壁过程奠定重要的基础。
本发明第二方面提供一种用于确定井壁强化条件的系统，该系统包括：计算装置，用于根据井壁强化模型、所述井壁的预设承压及热流固耦合方程，计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁向地层延伸的裂缝的裂缝开度分布；温度获取装置，用于根据所述井壁所需冷却至的目标温度，获得钻井液的温度；以及粒径分布获取装置，用于根据所述裂缝开度分布及粒径匹配准则，获取强化材料的粒径分布。
有关本发明提供的用于确定井壁强化条件的系统的具体细节及益处可参阅上述针对用于确定井壁强化条件的方法的描述，于此不再赘述。
本发明第三方面提供一种井壁强化方法，该井壁强化方法包括：获取根据所述的用于确定井壁强化条件的方法获得的钻井液的温度及强化材料的粒径分布；泵入具有所述温度的钻井液；以及填充具有所述粒径分布的强化材料。
通过上述技术方案，本发明创造性地获取通过上述用于确定井壁强化条件的方法获得的钻井液的温度及强化材料的粒径分布，然后按照所获取的温度泵入所需的钻井液，并按照所获取的粒径分布填充所需的强化材料，从而利用温度变化所产生的热应力增强了强化材料充填对井周应力的影响，从而提高了井壁的承压能力。
本发明第四方面提供一种井壁强化系统，该井壁强化系统包括：获取设备，用于获取根据所述的用于确定井壁强化条件的方法获得的钻井液的温度及强化材料的粒径分布；泵入设备，用于泵入具有所述温度的钻井液；以及填充设备，用于填充具有所述粒径分布的强化材料。
有关本发明提供的井壁强化系统的益处可参阅上述针对井壁强化方法的描述，于此不再赘述。
本发明第五方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的用于确定井壁强化条件的方法或所述的井壁强化方法。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的用于确定井壁强化条件的方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的裂缝的示意图；
图3是本发明实施例提供的计算井壁所需冷却至的目标温度和裂缝开度分布的流程图；
图4是本发明实施例提供的计算裂缝尖端的第一应力强度因子的流程图；
图5是本发明实施例提供的计算裂缝尖端的第二应力强度因子的流程图；
图6是本发明实施例提供的计算地层的位移场的流程图；
图7是本发明实施例提供的确定井壁强化条件的流程图；
图8是本发明实施例提供的裂缝开度分布的预测结果；
图9是本发明实施例提供的根据粒径匹配准则优选的强化材料粒径分布图；
图10是本发明实施例提供的用于确定井壁强化条件的系统的结构图；
图11是本发明实施例提供的井壁强化方法的流程图；以及
图12是本发明实施例提供的井壁强化系统的结构图。
附图标记说明
10计算装置20温度获取装置
30粒径分布获取装置40获取设备
50泵入设备60填充设备
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在描述本发明的具体实施例之前，对本发明的主要设计思路进行简单的介绍。对一个目标井而言，为了提高该目标井的井壁承压能力(提高至预设承压)，可在目标温度下(低温)沿预设方向(例如最大水平地应力方向)压开裂缝，最终该裂缝符合一定的裂缝开度分布。然后，选择具有与该裂缝开度分布相匹配的粒径分布的强化材料及具有与目标温度相匹配的温度的冷却液，以满足井壁的强化条件，进而可实现对井壁的强化过程。
井壁周围的裂缝可天然存在或由钻井液液柱压力与地层孔隙压力的压差诱导得到。图2显示出一个楔形裂缝的示意图，该裂缝由井壁延伸至地层，定义延伸方向为裂缝长度方向(如箭头l所示)，沿该裂缝长度方向上的长度为裂缝长度；与该裂缝长度方向相垂直的方向为裂缝开度方向(如箭头w所示)，沿该裂缝开度方向上的宽度为裂缝开度。通常，在裂缝长度方向上定义井壁处为裂缝长度原点，裂缝尖端处的长度为裂缝总长度，如图2所示。所述裂缝长度可提前预设得到。当然，本发明并不限于上述楔形裂缝，还适用于其他任意形状的裂缝。
图1是本发明实施例提供的用于确定井壁强化条件的方法的流程图。如图1所示，所述用于确定井壁强化条件的方法可包括如下步骤：步骤s101，根据井壁强化模型、所述井壁的预设承压及热流固耦合方程，计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁向地层延伸的裂缝的裂缝开度分布；步骤s102，根据所述井壁所需冷却至的目标温度，获得钻井液的温度；以及步骤s103，根据所述裂缝开度分布及粒径匹配准则，获取强化材料的粒径分布。
在执行步骤s101之前，先收集获取目标井的邻井(或该目标井所处的区块内的任意区域)的漏失层位的井史资料和岩心特征分析结果，用于计算获得漏失层位的岩石力学参数，具体获得过程见下文。
对于步骤s101，如图3所示，所述计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁向地层延伸的裂缝的裂缝开度分别的过程可包括如下步骤：
步骤s301，根据所述井壁强化模型及所述井壁的预设承压，计算在所述井壁被填充强化材料后的裂缝尖端的第一应力强度因子。
具体地，对于步骤s301，所述计算所述第一应力强度因子的过程可包括如下步骤，如图4所示。
步骤s401，根据所述井壁强化模型，获取用于计算所述第一应力强度因子的第一公式。
由所述井壁强化模型可得到，用于计算所述第一应力强度因子kia的第一公式为：
kia＝(f1+f2)·[2pw-(σh+σh)]+(f1+3f3)·(σh-σh)-2f4·(pw-p)(1)
其中，σh为距所述井壁无限远处的最小水平地应力；σh为距所述井壁无限远处的最大水平地应力；p为地层的孔隙压力；pw为所述井壁的预设承压；f1、f2、f3、f4分别为第一积分函数、第二积分函数、第三积分函数及第四积分函数。
其中，所述第一积分函数f1、第二积分函数f2、第三积分函数f3及第四积分函数f4主要受到井筒-裂缝体系的几何形状的影响，可分别通过以下公式获得：
步骤s402，根据所述第一公式、所述井壁的预设承压、及距所述井壁无限远处的最小水平地应力与最大水平地应力，计算所述第一应力强度因子。
距所述井壁无限远处的最小水平地应力σh及最大水平地应力σh可分别通过以下公式(2)和(3)获得：
其中，e为弹性模量；μ为泊松比；σv为上覆岩层压力；α为(biot)有效应力系数；p为地层的孔隙压力；εh为最大水平构造应变系数；εh为最小水平构造应变系数。
对于弹性模量e与泊松比μ，两者均可通过岩石的三轴抗压强度实验测得。对于上覆岩层压力σv可通过以下公式计算获得：σv＝∫gzdh，其中，gz为上覆岩层压力梯度；h为地层厚度。对于有效应力系数α可通过以下公式计算获得：
在计算得到距所述井壁无限远处的最小水平地应力σh及最大水平地应力σh的情况下，将最小水平地应力σh、最大水平地应力σh、井壁的预设承压pw代入公式(1)，可计算得到第一应力强度因子kia。
步骤s302，根据所述热流固耦合方程、及所述井壁的预设承压与预设目标温度，计算裂缝尖端的第二应力强度因子。
对于步骤s302，所述计算裂缝尖端的第二应力强度因子的过程可包括如下步骤，如图5所示。
步骤s501，根据所述热流固耦合方程、及所述井壁的预设承压与预设目标温度，计算地层的位移场。
其中，所述热流固耦合方程可包括：应力平衡方程、流体质量守恒方程及能量平衡方程。
相应地，对于步骤s501，所述计算所述地层的位移场的过程可包括如下步骤，如图6所示。
步骤s601，根据所述应力平衡方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述位移场。
所述应力平衡方程为：
其中，d为刚度矩阵，u为位移矢量；α为有效应力系数；p为地层的孔隙压力矢量；αs为固体的热扩散系数；t为地层的温度矢量。
将地层的初始孔隙压力、初始温度及初始位移(即未放入井筒之前的地层的空隙压力、温度及位移)作为初始条件，将井壁的预设承压(固定值)及预设目标温度(变量)作为边界条件，求解上述方程(4)可得到地层的位移场。
步骤s602，根据所述流体质量守恒方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述地层的孔隙压力场。
所述流体质量守恒方程为：
其中，u为位移矢量；m为biot模量(m＝1/α)；αf为流体的热扩散系数；φ为地层的孔隙度(可通过压汞实验得到)；κ为地层的渗透率系数(κ＝地层的渗透率/钻井液的粘度，地层的渗透率可通过岩心驱替实验得到)；kt为热渗透系数。
将地层的初始孔隙压力、初始温度及初始位移(即未放入井筒之前的地层的空隙压力、温度及位移)作为初始条件，将井壁的预设承压及预设目标温度(与步骤s601中的预设目标温度相同)作为边界条件，求解上述方程(5)可得到地层的孔隙压力场。
步骤s603，根据所述能量平衡方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述地层的温度场。
所述能量平衡方程为：
其中，ρb为岩石的平均密度；cb为岩石的平均比热容；λb为孔隙介质的导热系数。
将地层的初始孔隙压力、初始温度及初始位移(即未放入井筒之前的地层的空隙压力、温度及位移)作为初始条件，将井壁的预设承压及预设目标温度(与步骤s601中的预设目标温度相同)作为边界条件，求解上述方程(6)可得到地层的温度场。
步骤s604，在计算得到所述位移场、所述地层的孔隙压力场及所述地层的温度场的情况下，对该迭代计算过程进行计数。
步骤s605，判断所述迭代计算过程的计数是否等于预设次数，在所述迭代计算过程的计数小于所述预设次数的情况下，将计算得到的所述位移场、所述地层的孔隙压力场与温度场作为初始值继续进行迭代计算过程。
若预设次数为n0，当迭代计算过程的计数n小于n0，则将步骤s601至步骤s603计算得到的位移场、孔隙压力场与温度场作为整个地层的初始位移、初始孔隙压力、初始温度，重新执行步骤s601至步骤s603。然后，对此次迭代计算过程进行计数，直至迭代计算过程的计数等于所述预设次数n0为止，此时得到的地层的位移场可在步骤s502中用于计算第二应力强度因子。
步骤s502，根据j积分算法及所述地层的位移场，计算所述裂缝尖端的第二应力强度因子。
所述j积分算法的公式为：
其中，j为j积分数值；γ为裂缝尖端的积分回路；w为能量密度；f为张力矢量；x是指分析微单元中x轴的方向。
所述能量密度w的计算公式为：
将步骤s601得到的地层的位移场代入公式(7)，可计算得到j积分数值j。
将j积分数值j代入下式(8)可计算得到第二强度因子k2a，
其中，
步骤s303，调整所述井壁的预设目标温度，并重新计算所述裂缝尖端的第二应力强度因子，直至所计算的第二应力强度因子与所述第一应力强度因子的差值的绝对值小于或等于预设值。
计算第二应力强度因子与第一应力强度因子的差值的绝对值，若该绝对值大于预设值(例如，10-5)，则调整预设目标温度；并采用调整后的预设目标温度，重复上述步骤s302计算第二应力强度因子，直至所计算得到的第二应力强度因子与第一应力强度因子的差值的绝对值小于或等于所述预设值(例如，10-5)。之后，在步骤s304及步骤s305中，可分别利用最后一次计算第二应力强度因子过程中得到的地层的温度场与位移场，获取井壁所需冷却至的目标温度与裂缝开度分布。
步骤s304，根据最后一次调整的所述井壁的预设目标温度，获取所述井壁所需冷却至的目标温度。
井壁所需冷却至的目标温度可等于最后一次调整的所述井壁的预设目标温度或最后一次计算第二应力强度因子过程中得到的地层的温度场在所述井壁处的温度。
步骤s305，根据由所述热流固耦合方程与最后一次调整的所述井壁的预设目标温度得到的所述地层的位移场，获取所述裂缝开度分布。
裂缝开度分布中的最大裂缝开度可等于最后一次计算第二应力强度因子过程中得到的地层的位移场在井壁处的位移。
对于步骤s102，由于外界环境与冷却液之间会发生一定的热交换，导致采用温度为t的冷却液冷却井壁时，最终井壁所达到的温度可能略高于t，，故可通过较小的预设调节温度去补偿热交换作用所产生的影响。所述获得钻井液的温度可包括：求取井壁所需冷却至的目标温度与预设调节温度之差，将所求取的差值作为钻井液的温度。当然，所述预设调节温度可根据实际情况确定，一般很小(可为0)。
本发明采用钻井液的低温致裂效果降低了地层的破裂压力，使地层可以被较低的泵入压力压开裂缝，充填井壁强化材料后，待地层温度恢复至原始温度时，由于地层岩石热膨胀产生的热应力使得裂缝闭合应力增加，从而增强了充填颗粒对井周承压能力的强化效果。
对于步骤s103，所述获取强化材料的粒径分布可包括：
利用自制的堵漏仪器对不同开度的裂缝进行颗粒粒径匹配规律研究，可得到以下的粒径匹配准则：第一预设百分比的强化材料的累积粒径分布对应的粒径等于第一预设裂缝开度；且第二预设百分比的强化材料的累积粒径分布对应的粒径等于第二预设裂缝开度，其中，所述第一预设百分比小于所述第二预设百分比，所述第一预设裂缝开度小于所述第二预设裂缝开度，且所述第一预设裂缝开度及所述第二预设裂缝开度与所述裂缝开度分布中的最大裂缝开度相关。
其中，累积粒度分布是指单位体积的强化材料中，小于某规定粒径的颗粒的质量所占总质量的百分比。而下文所涉及的累积裂缝开度分布是指裂缝开度分布中，小于某个规定开度的裂缝体积占裂缝整体体积的百分比。本发明所选择的强化材料的累积粒度分布需要与裂缝的累积裂缝开度分布相匹配，才能对井壁起到强化的作用。
具体地，粒径匹配准则可为：d50＝3/10wf且d90＝6/5wf，其中，d50指50％的强化材料的累积粒径分布对应的粒径；d90指90％的强化材料的累积粒径分布对应的粒径；wf为最大裂缝开度，相应地，3/10wf为第一预设裂缝开度，6/5wf为第二预设裂缝开度。由此，可保证强化材料的累积粒径分布对应的粒径不至于过小或过大，能够更加精确地确定强化材料的粒径分布。
根据裂缝开度分布可得到裂缝的累积裂缝开度分布的具体情况和最大裂缝开度wf，结合上述粒径匹配准则可得到强化材料的粒径分布需满足d50＝3/10wf且d90＝6/5wf。然后，通过优选得到符合上述粒径分布的强化材料即可。具体过程可详见下文对图8的描述。
由于根据热流固耦合方程、地层的岩石力学参数和钻井液的流变性等参数求解裂缝开度分布的过程是求解数值解的过程，求解结果不精确，故本发明首先利用井壁强化模型求得精确的解析解，然后利用热流固耦合方程求得数值解，通过多次调整目标预设温度，直至当数值解与解析解之间的误差足够小时，确定最后一次所调整的目标预设温度为井壁所需冷却的目标及相应的地层的位移场为裂缝开度分布，由此可对井壁强化条件进行准确预测。
具体而言，如图7所示，从整体上对确定井壁强化条件的过程进行解释和说明。
确定井壁强化条件的过程可包括如下步骤：
步骤s701，获取井史资料和岩心分析。
步骤s702，根据井壁强化模型及井壁的预设承压，计算第一应力强度因子sif1。
步骤s703，根据热流固耦合方程、井壁的预设承压与预设目标温度求解第二应力强度因子sif2。
步骤s704，判断|sif2-sif1|<10-5是否成立，若成立，则执行步骤s705；否则，调整井壁的预设目标温度并执行步骤s703。
步骤s705，根据最后一次调整的预设目标温度及热流固耦合方程，获得井壁所需冷却至的目标温度及裂缝开度分布。
某深水区块易发生井漏问题，根据邻井(或该区块内的任意区域)的漏失层位的井史资料和取心测量结果显示，漏失层段岩石弹性模量为14gpa，泊松比为0.2，地层孔隙度为0.2，地层渗透率为10.8md，地层孔隙压力为12.41mpa，漏失层段的钻井液柱压力25mpa，需要将承压能力提高到27.58mpa，地层温度为394k，地层热扩散系数为3×10-4k-1，地层的比热容为4181j/(kg·k)，地层的导热系数为1.3w/(m·k)，地层的热渗透系数为2.1×10-11m2/(s·k)，钻井液的粘度为20mpa·s。
根据井壁所需的承压能力，计算得到裂缝尖端所需的应力强度因子为-1.53mpa·m1/2；通过热流固耦合公式迭代计算得到井壁所需冷却到的温度为293k及裂缝开度分布，如图8所示。
具体地，根据图8所示的裂缝开度分布，一方面，可得到最大裂缝开度wf为0.25mm；另一方面，可得到裂缝的累积裂缝开度分布dk＝s(l)/s(0)(其中，k属于0-100内的任意数值，s(l)为裂缝长度l处的累积裂缝开度，s(0)为裂缝长度原点处的累积裂缝开度)，例如，裂缝长度为53mm处所对应的裂缝开度是0.2mm，而裂缝开度为0.2mm所对应的累积裂缝开度为图8所示的阴影面积s(53mm)(关于阴影面积的计算过程不是本发明的重点描述内容，于此不再赘述)，则dk1＝s(53mm)/s(0)。由此，可根据裂缝的累积裂缝开度分布dk，得到d50、d90分别对应的裂缝长度l1、l2。然后，根据
综上所述，本发明创造性地通过井壁强化模型、井壁的预设承压及热流固耦合方程，定量计算井壁所需冷却至的目标温度和裂缝开度，然后，根据井壁所需冷却至的目标温度，获取所需泵入的钻井液的温度，根据裂缝开度与粒径匹配准则，获取所需填充的强化材料的粒径分布，其可对井壁强化过程所需的钻井液的温度和强化材料的粒径分布进行定量化表征，从而可实现对井壁强化过程的精细化控制，为强化井壁过程奠定重要的基础。
相应地，本发明实施例还提供一种用于确定井壁强化条件的系统。如图10所示，该系统可包括：计算装置10，用于根据井壁强化模型、所述井壁的预设承压及热流固耦合方程，计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁的裂缝开度；温度获取装置20，用于根据所述井壁所需冷却至的目标温度，获得钻井液的温度；以及粒径分布获取装置30，用于根据所述井壁的裂缝开度及粒径匹配准则，获取强化材料的粒径分布。
优选地，所述计算装置包括：第一应力强度因子计算模块，用于根据所述井壁强化模型及所述井壁的预设承压，计算在所述井壁被填充强化材料后的裂缝尖端的第一应力强度因子；第二应力强度因子计算模块，用于根据所述热流固耦合方程、及所述井壁的预设承压与预设目标温度，计算裂缝尖端的第二应力强度因子；调整模块，用于调整所述井壁的预设目标温度，并重新计算所述裂缝尖端的第二应力强度因子，直至所计算的第二应力强度因子与所述第一应力强度因子的差值的绝对值小于或等于预设值，获得所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁的裂缝开度；目标温度获取模块，用于根据最后一次调整的所述井壁的预设目标温度，获取所述井壁所需冷却至的目标温度；以及裂缝开度获取模块，用于根据由所述热流固耦合方程与最后一次调整的所述井壁的预设目标温度得到的所述地层的位移场在所述井壁的裂缝处的位移，获取所述井壁的裂缝开度。
优选地，所述第一应力强度因子计算模块包括：获取单元，用于根据所述井壁强化模型，获取用于计算所述第一应力强度因子的第一公式；以及第一应力强度因子计算单元，用于根据所述第一公式、所述井壁的预设承压、及距所述井壁无限远处的最小水平地应力与最大水平地应力，计算所述第一应力强度因子。
优选地，所述第二应力强度因子计算模块包括：位移场计算单元，用于根据所述热流固耦合方程、及所述井壁的预设承压与预设目标温度，计算所述地层的位移场；以及第二应力强度因子计算单元，用于根据j积分算法及所述地层的位移场，计算所述裂缝尖端的第二应力强度因子。
优选地，所述热流固耦合方程包括：应力平衡方程、流体质量守恒方程及能量平衡方程，相应地，所述位移场计算单元包括：位移场计算器，用于根据所述应力平衡方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述位移场；孔隙压力场计算器，用于根据所述流体质量守恒方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述地层的孔隙压力场；温度场计算器，用于根据所述能量平衡方程、所述井壁的预设承压与预设目标温度、地层的初始孔隙压力、所述地层的初始温度、及所述地层的初始位移，计算所述地层的温度场；以及计数器，用于在计算得到所述位移场、所述地层的孔隙压力场及所述地层的温度场的情况下，对该迭代计算过程进行计数；判断器，用于判断所述迭代计算过程的计数是否等于预设次数，在所述迭代计算过程的计数小于所述预设次数的情况下，将计算得到的所述位移场、所述地层的孔隙压力场与温度场作为初始值输入所述位移场计算器、所述孔隙压力场计算器及所述温度场计算器，以继续进行迭代计算过程。
有关本发明提供的用于确定井壁强化条件的系统的具体细节及益处可参阅上述针对用于确定井壁强化条件的方法的描述，于此不再赘述。
相应地，本发明还提供一种井壁强化方法，如图11所示，所述井壁强化方法可包括如下步骤：步骤s1101，获取根据所述的用于确定井壁强化条件的方法获得的钻井液的温度及强化材料的粒径分布；步骤s1102，泵入具有所述温度的钻井液；以及步骤s1103，填充具有所述粒径分布的强化材料。
其中，所述强化材料可为碳酸钙颗粒。与现有技术中所注入的化学材料(吸水树脂、化学凝胶、延迟膨胀堵漏剂等)相比，碳酸钙颗粒不会对储层造成不可恢复性损害。另外，与现有技术中采用吸水树脂、化学凝胶、延迟膨胀堵漏剂等化学材料形成裂缝尖端压力隔离的方法相比，本发明提供的井壁强化方法的操作简单，成本低廉。
综上所述，本发明创造性地获取通过上述用于确定井壁强化条件的方法获得的钻井液的温度及强化材料的粒径分布，然后按照所获取的温度泵入所需的钻井液，并按照所获取的粒径分布填充所需的强化材料，从而利用温度变化所产生的热应力增强了强化材料充填对井周应力的影响，从而提高了井壁的承压能力。
相应地，本发明还提供一种井壁强化系统，如图12所示，所述井壁强化系统可包括：获取设备40，用于获取根据所述的用于确定井壁强化条件的方法获得的钻井液的温度及强化材料的粒径分布；泵入设备50，用于泵入具有所述温度的钻井液；以及填充设备60，用于填充具有所述粒径分布的强化材料。
有关本发明提供的井壁强化系统的益处可参阅上述针对井壁强化方法的描述，于此不再赘述。
相应地，本发明还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行所述的用于确定井壁强化条件的方法或所述的井壁强化方法。
所述机器可读存储介质包括但不限于相变内存(相变随机存取存储器的简称，phasechangerandomaccessmemory，pram，亦称为rcm/pcram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体(flashmemory)或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
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