[发明专利]用于求取盐膏岩地层最大套管外载荷的方法及系统

说明书

本发明公开了一种用于求取盐膏岩地层最大套管外载荷的方法及系统，该方法包括：根据断裂分布特点和几何形态确定盐膏岩地层的应力增强区和未受影响区；基于未受影响区的钻井位置的地应力情况确定应力增强区的构造应力系数；基于应力增强区的构造应力系数计算盐膏岩地层最大套管外载荷。本发明能够准确设计受断裂影响的地应力异常的盐膏层套管强度，能够顺利在受断裂影响的地应力异常的盐膏层顺利钻井施工。

技术领域

本发明属于石油工程钻井行业，具体地说，涉及一种用于求取盐膏岩地层最大套管外载荷的方法及系统。

背景技术

地应力是地层中存在的内部应力，是影响钻井工程的重要因素。在钻井工程和开发中，掌握油气储集区域的构造应力的大小和方位，可以进行优化钻井工程设计、油气田开发井网布置和控制井壁稳定，减少或避免漏、喷、塌、卡等事故造成的严重经济损失和人身事故等。

通常假定地层处于三轴地应力作用下，其三个主方向的主应力为最大水平主应力σ_H、最小水平地应力σ_h和垂向应力σ_z，其中垂向应力主要是由地层自身重力引起的，水平地应力由岩体自重、地质构造运动、地层流体压力及地层温度变化产生。但是，在进行套管强度校核时，在通常的地层条件下的最大套管外荷载很少考虑水平地应力的影响，在一些局部断裂发育，地应力异常的盐膏层地层采用通常的最大外载计算方法会导致套管设计强度偏低，造成套管挤毁，钻井失败的巨大事故。

目前，对于受局部断裂影响盐膏岩地层异常地应力的计算方法和套管外等效载荷校核方法进行了一些研究。文献“基于实测数据及数值模拟断层对地应力的影响”和“断层对地应力场影响的有限元研究”指出受断裂的影响，相距不远的不同井位显示出差距较大的地应力数值，地应力状态的差异是由于断层影响所致，基于有限元软件ANSYS，利用三维有限元数值模拟方法，结合优化反演技术，对地应力场进行反演，表明：由于断层影响以及复合断层的叠加扰动，研究区地应力状态表现出复杂的非均匀分布特征。文献“断层区域地应力场预测方法研究”指出含断层区域地应力分布研究是一个具有多解性的复杂问题，很难采用数值方法进行计算，需要采用力学模型来模拟分析尝试应用非连续趋势面分析法，从几何变形的角度出发，应用小挠度薄板理论，根据非连续趋势面主曲率分析断层区域的地形趋势面和构造应力场的分布开展应力场预测方法研究。文献“断裂构造对地应力场的影响及其工程意义”指出决定断裂构造对地应力场影响的参数主要包括：1.断裂构造影响的范围；2.局部断层构造与区域应力场的关系，包括边界应力比值K_b的影响和边界应力方向和断裂之间的夹角α的影响；3.断裂两侧的岩石的物理力学性质(变形模量、剪切模量、内摩擦角、内聚力)的影响；4.断裂的力学性质(断裂法向刚度、切向刚度、内摩擦角、内聚力)的影响；5.断层的几何形态和复合情况。

目前，钻井手册将盐膏层归为严重坍塌、膨胀、滑移、蠕动的地层，盐膏层套管的外载计算采用：P_ee＝ZG₀，P_ee为套管外荷载；Z为井的深度；G₀为上覆地层压力。此计算方法适用于构造运动不强烈的情况，对于受局部断裂的影响产生较大构造应力，使水平地应力数值大大超过上覆地层压力的情况下，如果采用该标准进行设计会使套管强度明显过小，造成套管挤毁等事故。

以上文献都表明断裂对局部地应力有比较大的影响，受影响的因素也比较多。但是都没有提出一套适合现场应用的地应力数值预测方法，更没有对盐膏层这种受地应力影响较大的地层的现实问题进行准确数值分析，尤其是套管最大外载准确数值的计算也没有提及。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种用于求取盐膏岩地层最大套管外载荷的方法及系统，以准确求取受断裂影响的盐膏岩地层最大套管外载荷。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于求取盐膏岩地层最大套管外载荷的方法，包括：

根据断裂分布特点和几何形态确定盐膏岩地层的应力增强区和未受影响区；