測定各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力的方法技術

本發明專利技術涉及一種測定各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力的方法，包括：取待測地層的巖芯，平行于巖芯的層理方向而測量巖芯的彈性模量E1、泊松比ν1，垂直于巖芯的層理方向而測量巖芯的彈性模量E2，在相對于巖芯層理方向的多個角度θ下測量巖芯的多個彈性模量Eθ，由E1、ν1、E2和Eθ得到垂直于巖芯層理方向的剪切模量Gθ，建立剪切模量Gθ與角度θ之間的關系，并得到平均剪切模量G，在施工現場測量井筒內壓裂液柱的靜壓力p、待測地層的垂向地應力σv、最大水平地應力σ1和最小水平地應力σ2，由E1、E2、Eθ、p、G、θ、σ1、σ2和τ得到各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力σθ。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及油氣井領域，特別涉及一種測定各向異性地層水平井井壁圍巖周向應 力的方法。
技術介紹
預測水平井的井壁圍巖周向應力對于指導水平井的壓裂有重要意義。在現有技術 中，預測水平井的井壁圍巖應力的計算模型大多是針對各向同性地層提出的。但是，實際頁 巖大都具有由于層理而引起的各向異性特征，在實際壓裂施工中發現，使用各向同性地層 的計算模型得到的結果與實際壓裂施工的偏差較大，造成使用各向同性地層的計算模型得 到的結果的實際指導意義不大。 為了更準確地指導各向異性地層地層水平井的壓裂施工，需要一種能準確預測各 向異性地層水平井井壁圍巖周向應力的方法，W能夠更加準確地預測井壁圍巖的應力狀 態。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提出了一種測定各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力的 方法，包括W下步驟；取待測地層的巖芯，平行于巖芯的層理方向而測量所述巖芯的彈性模 量El、泊松比V1，垂直于巖芯的層理方向而測量巖芯的彈性模量E2,在相對于巖芯層理方 向的多個角度Θ下測量巖芯的多個彈性模量Ee，由El、Vi、E2和Ee得到多個垂直于巖芯 層理方向的剪切模量Ge。建立多個剪切模量Ge與角度Θ之間的關系，并得到平均剪切模 量G。在施工現場測量井筒內壓裂液柱的壓力P、待測地層的垂向地應力Oy、最大水平地應 力σ1和最小水平地應力σ2。由Ei、E2、Ee、p、G、Θ、σ1、σ2和σV得到各向異性地層水平 井井壁圍巖周向應力σe。 根據本專利技術的方法，各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力σe的得到過程不但 考慮了地層彈性模量的各向異性的影響，還考慮了巖層強度（例如Ee)、地層傾角（即，Θ) 的影響，因此本專利技術的方法可更準確地預測各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力。此外， 本專利技術的方法所需要的數據可W在實驗室通過常規實驗手段得到或者通過鉆井的地質資 料得到，從而使用本方法測量各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力非常簡單，便于在實 驗室進行。 在一個實施例中，σe由W下方法得到： 在一個實施例中，多個剪切模量Ge由W下方法得到： 在一個實施例中，多個剪切模量Ge與相應的角度Θ之間為線性關系。優選地，多 個剪切模量Ge與相應的角度Θ之間的關系能用；Go=G0+b來表達，其中G、b對于特定 地區為常數。在一個實施例中，多個角度Θ的數量最少為四個。多個角度ΘW等差方式而取 得。在一個具體的實施例中，角度Θ為15度、30度、45度、60度和75度。在本申請中，用語"垂直"與頁巖層理方向垂直的方向，用語"水平"是指與頁巖層 理方向平行的方向。 與現有技術相比，本專利技術的優點在于；（1)在得到各向異性地層水平井井壁圍巖 周向應力0e的過程中，不但考慮了地層彈性模量的各向異性的影響，還考慮了巖層強度、 地層傾角的影響，因此本專利技術的方法可更準確地預測各向異性地層水平井井壁圍巖周向應 力。（2)本專利技術的方法所需要的數據可W在實驗室通過常規實驗手段得到或者通過鉆井的 地質資料得到，從而使用本方法測量各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力非常簡單，便 于在實驗室進行。【附圖說明】在下文中將基于實施例并參考附圖來對本專利技術進行更詳細的描述。其中： 圖1是實施本專利技術的方法的流程圖。[001引圖2是根據本專利技術的實施例得到的各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力。【具體實施方式】 下面將結合附圖對本專利技術作進一步說明。 圖1顯示了實施本專利技術的10 的流程圖。包括W下步驟： 步驟11 ;取待測地層的巖芯， 步驟12 ;測量巖芯的力學性質參數。在一個實施例中，力學性質參數包括彈性模 量、泊松比、剪切模量。由于頁巖大都具有由于層理，送些層理會導致頁巖呈現各向異性的 特征，因此需要在盡可能多的方向上測量頁巖的力學性質參數W盡可能精確地表征頁巖巖 芯的力學性質。 根據本專利技術的方法，可測量巖芯的W下力學性質參數；平行于巖芯的層理方向的 彈性模量El、泊松比V1 ;垂直于巖芯的層理方向的彈性模量E2 ;相對于巖芯層理方向的多 個角度Θ下的多個彈性模量Ee，即測量多個彈性模量Ee。送些力學參數的測量方法是本 領域的技術人員所熟知的，送里不再賞述。 步驟13 ;由El、V1、E2和Ee得到多個垂直于巖芯層理方向的剪切模量Ge。在一 個實施例中，多個剪切模量Ge可由公式1而得到。 步驟14 ;建立剪切模量Ge與角度Θ之間的關系，并得到平均剪切模量G。送里， 采用數學擬合的方法，得到多個剪切模量Ge與相應角度Θ之間關系，通常該關系為線性關 系。在一個實施例中，多個剪切模量Ge與角度Θ之間的關系能用；Ge=G0+b來表達，其 中G、b對于特定的水平井地區為常數，直線的斜率就是平均剪切模量G。 步驟15 ;測量鉆井參數和地層參數。通過施工現場的參數得到井筒內壓裂液柱的 壓力P、待測地層的垂向地應力〇v、最大水平地應力〇1和最小水平地應力σ2。在一個實 施例中，井筒內壓裂液柱的壓力Ρ即為泉壓。垂向地應力〇ν、最大水平地應力和最小 水平地應力σ2的大小可通過聲發射實驗在施工現場測得，也可由鉆井資料得到。步驟15 中的測量方法和實驗方法是本領域的技術人員所熟知的，送里不再賞述。 步驟16,通過巖芯力學性質參數、井參數和地層參數得到各向異性地層水平井井 壁圍巖周向應力。由Ei、E2、Ee、p、G、Θ、〇1、〇2和〇v得到各向異性地層水平井井壁圍巖 周向應力σ。。在一個實施例中，各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力σe可由公式2而 得到： 各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力σe的表達式中包含了Ei、E2、Ee和Θ，也 就是說，σe包含了地層彈性模量的各向異性的影響（即，Ei、E2)、巖層強度（即，Ee)、地層 傾角（即，Θ)的影響，因此σe能更精確地預測水平井的井壁圍巖的應力狀態。 應注意地是，W上所述的步驟并非順序進行，本領域的技術人員可W根據實際情 況而改變實施步驟的順序。 實施例1; 在T1頁巖井區的鉆取巖芯。在實驗室內測量該巖芯的力學性質參數，并且根據公 式1計算了多個剪切模量Ge，如表1所示。根據多個剪切模量Ge，計算得到平均剪切模量 G為 10. 8GPa〇 在T1頁巖井區的施工現場通過聲發射測量地應力，得到該地區的最大水平地應 力為48. 77MPa，最小水平地應力〇2為42. 44MPa，垂直地應力為50MPa。測得井筒內壓 裂液柱的壓力P為33MPa〇表1 將W上參數代入到公式2中，并得到各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力σe 的表達式如下：公式 2-1 圖2的曲線31顯示是σe(目P，公式2-1)的圖像。應注意地是，當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種測定各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力的方法，包括以下步驟：取待測地層的巖芯，平行于所述巖芯的層理方向而測量所述巖芯的彈性模量E1、泊松比ν1，垂直于所述巖芯的層理方向而測量所述巖芯的彈性模量E2，在相對于所述巖芯層理方向的多個角度θ下測量所述巖芯的多個彈性模量Eθ，由E1、ν1、E2和Eθ得到多個垂直于所述巖芯層理方向的剪切模量Gθ，建立剪切模量Gθ與角度θ之間的關系，并得到平均剪切模量G，在施工現場測量井筒內壓裂液柱的壓力p、待測地層的垂向地應力σv、最大水平地應力σ1和最小水平地應力σ2，由E1、E2、Eθ、p、G、θ、σ1、σ2和σv得到各向異性地層水平井井壁圍巖周向應力σθ。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾義金，張保平，張旭，楊春和，蔣廷學，衡帥，郭印同，賈長貴，姚奕明，周健，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京;11