[发明专利]一种优化页岩地层水平钻进方位的方法

说明书

本发明公开了一种优化页岩地层水平钻进方位的方法，所述方法包括：获取地层剪切破裂类型破裂面的方位角；根据所述剪切破裂类型破裂面的方位角优化钻进方位。本发明利用剪切破裂面的方位优化钻进方位，以便地层压裂时易形成网络裂缝，降低页岩气地层的勘探开发成本，提高页岩地层的开发效率。

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，具体涉及一种优化页岩地层水平钻进方位的方法。

背景技术

在地质勘探开发领域中，钻井施工是一种不可或缺的技术手段。在钻井施工过程中，直井条件下，钻头钻进的方向与钻头作用力方向一致，垂直于层面方向比平行层面方向易于钻进；而在倾斜的层面里钻进时，钻头钻进的方向将与钻头作用力的方向不一致，在较低的钻井液密度下，井壁可能出现崩落或坍塌。

因此，为了实现预期的钻井效果，需要对钻头的施力方向进行优化调整，以改善井壁稳定。例如，利用钻头一岩石相互作用模型可以建立钻头钻进方向预测模型，通过钻头钻进方向预测模型来优化钻头的施力方向。

随着地质勘探开发技术的发展，钻井施工并不仅仅限于直井。例如在压裂施工中，需要进行水平井的钻进。页岩地层钻水平井的目的一是为了提高页岩地层的钻遇长度，二是为了大体积压裂。因此，水平井钻进需要沿着最小主应力方向，使压裂时有利于张破裂裂缝的产生。

由于直井与水平井的钻井环境不同，钻井目标也不同。在现有技术中，针对钻头钻进方向的优化主要集中在定向井或水平井施工上，针对水平井的钻进仅仅为最小主应力方向。例如：

尹虎，等，定向井井壁崩落与钻进方向优化分析。根据孔弹性理论确定斜井井壁应力分布，直井井壁崩落宽度为90°，方向是沿着最小水平主应力方向，水平井崩落宽度为30°，方向取决于三个主应力的大小和方向。

王珍，等，钻头钻进方向预测研究，在分析了影响钻头钻进方向的各种因素和提出钻头钻进特征矩阵的物理后,建立了钻头在各向异性地层中钻进方向的预测模型。

李守定，等，利用分形理论研究了岩石拉剪破裂面特征,研究了岩石拉剪-压剪全区破裂准则、剪切速率对岩石拉剪破裂强度的影响,采用颗粒流离散元研究了岩石拉剪破裂过程。研究结果得出岩石的微观断裂形式是拉伸破坏和剪切破坏的结合，剪切破裂首先发生，剪切速率与剪切强度成非线性负相关关系。

上述原理性的分析并不足以指导水平井钻进时的钻头钻进方向的优化。

发明内容

本发明提供了一种优化页岩地层水平钻进方位的方法，所述方法包括：

获取地层剪切破裂类型破裂面的方位角；

根据所述剪切破裂类型破裂面的方位角优化钻进方位。

在一实施例中，获取地层剪切破裂类型破裂面的方位角，包括：

计算地层内摩擦角；

根据所述地层内摩擦角计算剪切破裂类型破裂面的方位角。

在一实施例中，根据所述地层内摩擦角计算剪切破裂类型破裂面的方位角，其中，所述地层内摩擦角与所述剪切破裂类型破裂面的方位角满足如下关系：

式中：θ为剪切破裂面的方位角，为地层内摩擦角。

在一实施例中，计算地层内摩擦角，包括：

收集伽马测井资料；

获取所述伽马测井资料的解释成果，所述伽马测井资料的解释成果包括地层的泥质含量；

根据所述地层的泥质含量计算所述地层内摩擦角。

在一实施例中，所述伽马测井资料包括伽马或能谱伽马测井资料。