[发明专利]一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法

权利要求书

1.一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

制取页岩短圆柱样与标准圆柱样，采取平行层理与垂直层理方向取样；

基于短圆柱样，分别沿平行层理方向与沿垂直层理方向开展硬度测试，获取平行层理方向、垂直层理方向的硬度值；统计页岩短圆柱样层理发育密度，建立层理发育密度与平行层理方向、垂直层理方向硬度的定量关系；

开展水基钻井液与页岩的浸泡实验，基于浸泡后的短圆岩样，分别沿平行层理方向与沿垂直层理方向开展硬度测试，获得钻井液作用后的平行层理方向与垂直层理方向的硬度值,明确不同钻井时间下的硬度下降幅度；

基于标准圆柱样，开展平行层理和垂直层理的剪切试验，获取层理内聚力、层理内摩擦角、基体内聚力、基体内摩擦角；

通过线性拟合方法，建立平行层理方向硬度与内聚力、内摩擦角定量关系，以及垂直层理方向硬度与内聚力、内摩擦角定量关系，基于所述定量关系形成基于硬度的岩石剪切强度表征方程；

基于工区地质力学特征与井眼轨迹，明确井壁主应力分布；

利用基于硬度的岩石剪切强度表征方程，考虑层理密度与钻井液作用，采用摩尔库伦准则，判断钻井过程中的井壁岩石是否坍塌。

2.根据权利要求1所述的一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法，其特征在于：页岩短圆柱样的直径25mm、长度10mm-20mm；标准圆柱样的直径25mm、长度50mm。

3.根据权利要求1所述的一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法，其特征在于：钻井时间与硬度下降幅度的对应方程如下：

上式中，ΔP_sb(t)为钻井不同时间下平行层理方向的硬度下降幅度，ΔP_so(t)为钻井不同时间下垂直层理方向的硬度下降幅度。

4.根据权利要求1所述的一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法，其特征在于：发育密度与硬度的定量关系方程如下：

上式中，P_sb(De)、P_so(De)为不同层理密度下平行层理与垂直层理方向的硬度，De为发育密度。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法，其特征在于：硬度下降幅度的对应方程为：

上式中，ΔP_sb(t)为钻井不同时间下平行层理方向的硬度下降幅度，ΔP_so(t)为钻井不同时间下垂直层理方向的硬度下降幅度。

6.根据权利要求1所述的一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法，其特征在于：基于硬度的岩石剪切强度表征方程为：

上式中，c_b(P_sb)为平行层理方向硬度与层理内聚力的相关性方程，为平行层理方向硬度与层理内摩擦角的相关性方程，c₀(P_s0)垂直层理方向硬度与层理内聚力的相关性方程，为垂直层理方向硬度与层理内摩擦角的相关性方程，P_sb为平行层理方向的硬度，P_s0为垂直层理方向的硬度。