一种适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法与流程

文档序号:25601607发布日期:2021-06-25 11:56阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法,其特征在于,包括:步骤1、定量计算地层坍塌及破裂压力;步骤2、定量表征地层坍塌及破裂压力的不确定性;步骤3、计算页岩气水平段钻进ecd,以及定量表征页岩气水平段钻进ecd的不确定性;步骤4、基于步骤2的地层坍塌及破裂压力不确定性定量表征和步骤3的页岩气水平段钻进ecd不确定性定量表征,定量评价页岩气水平段井壁稳定性。2.根据权利要求1所述的适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法,其特征在于,所述步骤2的定量表征地层坍塌及破裂压力的不确定性包括:应用蒙特卡洛模拟方法对地层坍塌及破裂压力进行多因素不确定性分析。3.根据权利要求2所述的适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法,其特征在于,所述应用蒙特卡洛模拟方法对地层坍塌及破裂压力进行多因素不确定性分析包括:(1)确定地应力与岩石力学参数概率分布设岩石力学参数及地应力参数x的概率密度函数为f(x),则概率密度函数f(x)的正态信息扩散估计为:式中,h为扩散系数,m;设岩石力学参数及地应力参数x在目标层组δh=[h
u
,h
l
]内的最大值为x
max
,最小值为x
min
,则h为:其中,系数λ可根据表1获得:(2n+1)λ(2n+1)λ(2n+1)λ30.8493218081.395189816131.42069879541.27398278291.422962345141.42066967151.698643675101.416278786151.42069332161.336252561111.420835443161.42069222671.445461208121.420269570≥171.420693101表1根据上述公式(1)和公式(2)构建任意深度处h位置上模型输入参数的分析样本库,并基于正态信息扩散估计方法得到概率分布拟合函数f
n
~f(x1),f(x2),
···
,f(x
n
);(2)构建随机模拟样本集合生成符合各个模型计算关键参数概率分布(特征参数,即均值和标准差)的随机数,得到地应力与岩石力学参数随机数样本,并代入计算模型中得到任意深度位置h上的压力模拟计算结果;(3)构建地层坍塌及破裂压力分析样本集合统计分析所述压力模拟计算结果,选取正态分布形式进行拟合得到任意深度h位置上地层坍塌及破裂压力的概率分布及累积概率分布函数f
h
(p
t,f
)、f
h
(p
t,f
);
(4)定量表征地层坍塌及破裂压力不确定性通过上述方法,得到不同深度处地层坍塌及破裂压力累积概率,可组成集合:通过上述方法,得到不同深度处地层坍塌及破裂压力累积概率,可组成集合:表示深度为h
i
处累积概率为j的地层坍塌及破裂压力值,取相同的累积概率值j0,组成新的集合:根据集合(4)中的元素,获得累积概率为j1,j2(j1<j2)的地层坍塌及破裂压力曲线两条曲线构成可信度为|j
1-j2|
×
100%地层坍塌及破裂压力区间。4.根据权利要求1所述的适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法,其特征在于,在所述步骤4中,所述定量评价页岩气水平段井壁稳定性包括:根据井壁失稳致险机理,将广义应力定义为ecd,将广义强度定义为地层坍塌及破裂压力,将风险函数定义为井壁失稳函数,建立定量评估井壁稳定性的分析模型。5.根据权利要求4所述的适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法,其特征在于,所述将风险函数定义为井壁失稳函数包括:描述钻井液功能的参数为可靠度的随机变量,其可靠度是指钻井液液柱能够平衡地层坍塌压力的概率,即为钻井液当量循环密度大于地层坍塌压力的概率r,计算公式为:r=p(q>s)=p(q-s>0)=p(q/s>1)
ꢀꢀ
(5)式中,q为钻井液当量循环密度的随机变量,s为地层坍塌压力的随机变量;在钻井液当量循环密度随机变量q与地层坍塌压力随机变量s均为正态分布时,干涉随机变量z=q-s也为正态分布,其概率密度函数为:式中,μ
z
=μ
s-μ
q
,当q>s或q-s>0时,井壁稳定,故可靠度r表达式为:井壁失稳的概率与可靠度是互逆概率,即井壁失稳的概率f为:6.根据权利要求1所述的适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法,其特征在于,在所述步骤3中,所述计算页岩气水平段钻进ecd包括:钻井液当量静态密度(equivalent static density,简写成esd),表示钻井液在井筒任意一截面所受液柱压力的当量密度值,用公式表示:
式中,esd为井深h处钻井液当量静态密度,g/cm3;p
o
为地面压力,mpa;p
esd
为井深h处的静液柱压力,mpa;h为井深,m;钻井液的当量循环密度(equivalent circulating density,简写为ecd)定义为钻井液的当量静态密度与钻井液流动造成的环空压降之和,当量循环密度表达式如下:式中,esd为井深为h处的钻井液当量静态密度,g/cm3;δp
f
为井深h处环空压力损耗,mpa;h为井深,m;所述esd的计算过程:首先建立井筒温度场、钻井液密度预测模型,并采用迭代数值方法建立钻井液循环期间esd计算模型。7.根据权利要求1所述的适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法,其特征在于,在所述步骤3中,所述定量表征页岩气水平段钻进ecd的不确定性,其不确定因素至少包括高压环境、井径不规则和排量的不稳定。8.根据权利要求1所述的适用于深层页岩气水平段井壁稳定性定量评价方法,其特征在于,所述步骤1的定量计算地层坍塌及破裂压力包括:计算坍塌压力式中,ρ
c
坍塌压力,用当量钻井液密度表示,g/cm3;h为井深,m;k=cot(45o-φ/2),φ为岩石内摩擦角,
°
;c为岩石内聚力,mpa;ρ
p
地层孔隙压力,g/cm3;σ
h
为最大水平主应力,用当量钻井液密度表示,g/cm3;σ
h
为最小水平主应力,g/cm3;η为应力非线性修正系数,无量;α为有效应力biot系数;计算破裂压力ρ
f
=3σ
h-σ
h-αρ
p
+s
t
/0.00981
×
h
ꢀꢀ
(19)式中,ρ
f
为地层破裂压力,用当量钻井液密度表示g/cm3;s
t
为抗拉强度,mpa。
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