[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

说明书

本发明涉及一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法，包括：制取页岩短圆柱样与标准圆柱样；统计岩样层理密度，开展平行层理方向与垂直层理方向的硬度测试，获取平行层理方向与垂直层理方向的硬度值；开展钻井液与岩样浸泡实验，浸泡后开展硬度试验，明确钻井液作用对页岩硬度的影响；开展平行层理方向与垂直层理方向的剪切试验，获取层理与基体的内聚力、内摩擦角；构建硬度与岩石内聚力、内摩擦角的定量对应关系；基于目标地层地质力学特征与井眼轨迹，依据硬度值与岩石内聚力、内摩擦角的定量对应关系，考虑层理密度与钻井液作用，实现基于硬度的钻井过程中坍塌压力增量预测，可为现场保障页岩地层井壁稳定提供了技术支撑。

技术领域

本发明涉及页岩地层稳定井壁地层能力评价方法领域，尤其涉及一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法。

背景技术

页岩是典型的钻井高危地层，钻井过程中的井壁垮塌失稳严重。尤其在钻井过程中，受到钻井液作用，地层坍塌压力逐渐增加，坍塌压力增量的预测十分困难，导致钻井液密度选取困难，难以稳定地层，造成了巨大的经济损失。

目前，常用的页岩地层坍塌压力预测方法，通常采用剪切试验或三轴压缩试验，获取岩石力学参数，进而实现井壁岩石稳定性评价。该方法具有很好的适用性，但石油钻井过程中，井下岩样非常缺乏，取样困难。剪切试验或三轴压缩试验需要标准圆柱样，对岩样数量和尺寸具有一定要求，时常难以保证足够的实验数量，影响评价精度。因此，面对石油行业这一特殊背景，急需一种更小尺寸的测试方法，实现坍塌压力增量预测，从而指导页岩钻井。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题提供一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法。

本申请通过下述技术方案实现：

本申请提供的一种基于硬度实验的页岩地层坍塌压力增量预测方法，包括以下步骤：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，实现钻井过程中的页岩地层坍塌压力增量预测。

可选的，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。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

1，本申请基于小圆柱样评价井壁稳定性，在保证评价准确性的同时，降低对岩样尺寸的要求与井壁稳定评价成本，对实现页岩高效钻井具有重要意义；

2，本申请基于硬度试验预测坍塌压力，硬度是典型的点载荷测试，能够体现岩石强度特征，且对实验岩样的要求较低，本申请通过建立硬度与坍塌压力的相关性，可以大幅度提高岩样利用率，并保证了坍塌压力增量的预测精度，实现以少量的岩样开展准确度较高的井壁稳定评价，工程实用性强。