[发明专利]一种通用的地层破裂压力预测方法

摘要

一种通用的地层破裂压力预测方法，先通过水化三轴压缩实验得到地层岩石参数，再通过现场地层压裂试验获得地层的地应力测试数据，然后收集计算所需的其它常规数据，基于弹塑性力学，岩石力学和双重有效应力理论，考虑了地应力场、井筒内压、化学场、温度场、岩石孔隙度、钻井液渗流的影响，根据最大张应力准则，建立了基于双重有效应力的地层的破裂压力模型，根据地层岩石参数及测试数据，依据地层破裂压力模型计算地层的破裂压力；本发明能够更有效、更准确地预测破裂压力，并且适用于各种地层，从而为压裂施工设计提供数据参考进而指导工程实践。

主权项

1.一种通用的地层破裂压力预测方法，其特征在于，包括以下步骤:1)通过室内水化三轴压缩实验得到地层岩石参数，地层岩石参数包括岩石的抗压强度、弹性模量和泊松比；2)通过现场地层压裂试验获得地层的地应力测试数据，地应力测试数据包括最大水平有效应力σ1、最小水平有效应力σ2、上覆应力σv、岩石抗张强度St和岩石的抗压强度；3)收集计算所需的其它常规数据，其它常规数据包括地质构造应力系数、水化应力、透膜效率、气体常数、纯水偏摩尔体积、进入地层液体活度、岩石中水的活度，岩石孔隙度和岩石触点孔隙度；4)基于弹塑性力学和岩石力学理论，计算出地应力在垂直井井壁周围地层的周向应力分布；其中，σθ1是由地应力引起的周向应力，MPa；pi为钻井液液柱压力，MPa；σ1为水平最大地应力，MPa；σ2为水平最小地应力，MPa；R为最大井眼半径，m；r为井眼轴线到地层中一点的半径，m；θ为井周角,(°)；当θ＝0°或θ＝180°时，得到井壁上最小周向应力为：σθ1＝3σ2‑σ15)在垂直井井壁周围地层的周向应力分布；σθ2＝‑pi其中，σθ2是由井筒内部压力引起的周向应力，MPa；6)渗流在井壁周围地层产生的周向应力分布；其中，σθ3是由渗透到井壁的流体产生的周向应力，MPa；φ为岩石孔隙度；μ为泊松比；pp为原始地层空隙压力，MPa；7)化学场在井壁周围地层产生的周向应力；其中，σ_θ4＝p_π为水化应力，MPa；I_m为透膜效率；R′为气体常数；T为绝对温度；为纯水偏摩尔体积；(A_w)_m为进入地层液体活度；(A_w)_sh为岩石中水的活度；φ为岩石孔隙度；8)温度场在井壁周围地层产生的周向应力；其中，σθ5为温温度场在井壁周围地层产生的周向应力，MPa；Tw为井壁上的温度，℃；T0为原始地层温度，℃；E为岩石弹性模量，GPa；αm为岩石体积热膨胀系数；9)井壁周围总周向应力；其中，为井壁周围总周向应力；10)根据双重有效应力和最大张应力准则，得到地层破裂压力模型，其中，p_F为地层的破裂压力，MPa；S为上覆应力，MPa；S_t为岩石的抗张强度，MPa；为岩石的触点孔隙度；φ为岩石的孔隙度；α，β为地质构造应力系数；11)根据地层岩石参数及测试数据，依据地层破裂压力模型计算地层的破裂压力。