1.一种硬脆性泥页岩破裂压力预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)通过室内水化三轴实验得到硬脆性泥页岩的岩石参数,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泥页岩地层的地应力测试数据,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,包括地质构造应力系数、水化应力、孔隙弹性常数、透膜效率、气体常数、纯水偏摩尔体积、进入地层液体活度、泥页岩中水的活度和泥页岩孔隙度;
4)基于弹塑性力学和岩石力学理论,计算出考虑渗流的垂直井井壁周围地层的应力分布;
σ r = R 2 r 2 p i + ( σ 1 + σ 2 ) 2 ( 1 - R 2 r 2 ) + ( σ 1 - σ 2 ) 2 ( 1 + 3 R 4 r 4 - 4 R 2 r 2 ) cos 2 θ + δ [ α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) ( 1 + R 2 r 2 ) - φ ] ( p i - p p ) σ θ = - R 2 r 2 p i + ( σ 1 + σ 2 ) 2 ( 1 + R 2 r 2 ) - ( σ 1 - σ 2 ) 2 ( 1 + 3 R 4 r 4 ) cos 2 θ + δ [ α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) ( 1 + R 2 r 2 ) - φ ] ( p i - p p ) σ r θ = - ( σ 1 - σ 2 ) 2 ( 1 - 3 R 4 r 4 + 2 R 2 r 2 ) sin 2 θ σ z = σ v - μ [ 2 ( σ 1 - σ 2 ) ( R r ) 2 cos 2 θ ] + δ [ α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) ( 1 + R 2 r 2 ) - φ ] ( p i - p p ) ]]>
其中:σr为径向应力,Mpa;σθ为切向应力,Mpa;σrθ为剪应力,Mpa;σz为垂向应力,Mpa;σv为上覆岩层压力,Mpa;pi为钻井液液柱压力,Mpa;pp为原始地层空隙压力,Mpa;为有效应力系数;μ为泊松比;σ1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为井眼半径,m;δ为渗透系数;φ为泥页岩孔隙度;
5)计算考虑水化的作用下的有效切向应力:
σ θ ′ = 3 σ 2 - σ 1 - p i + [ α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) - φ ] ( p i - p p ) - p p - I m R ′ T V ‾ ln ( A w ) m ( A w ) s h × 10 - 6 ]]>
其中:σ'θ为有效切向应力,Mpa;Im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;(Aw)m为进入地层液体活度;(Aw)sh为泥页岩中水的活度;φ为泥页岩孔隙度;
6)根据最大张应力准则,得到硬脆性泥页岩地层的破裂压力模型:
p F = 1 1 - ( α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) - φ ) ( S t - I m R ′ T V ‾ l n ( A w ) m ( A w ) s h × 10 - 6 ) + p p + 1 1 - ( α · ( 1 - 2 μ ) 2 ( 1 - μ ) - φ ) ( 2 μ 1 - μ + 3 β - α ) ( S - p p ) ]]>
式中pF为地层破裂压力,Mpa;α,β为地质构造应力系数;
S为上覆应力,Mpa;St为岩石的抗张强度,Mpa。