[发明专利]确定井壁强化条件的方法与系统及井壁强化的方法与系统

说明书

本发明涉及钻井勘探领域，公开了一种用于确定井壁强化条件的方法与系统、及井壁强化的方法与系统。所述用于确定井壁强化条件的方法包括：根据井壁强化模型、所述井壁的预设承压及热流固耦合方程，计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁向地层延伸的裂缝的裂缝开度分布；根据所述井壁所需冷却至的目标温度，获得钻井液的温度；以及根据所述裂缝开度分布及粒径匹配准则，获取强化材料的粒径分布。本发明一方面可对井壁强化过程所需的钻井液的温度和强化材料的粒径分布进行定量化表征，从而实现对井壁强化过程的精细化控制；另一方面，利用温度变化所产生的热应力增强了强化材料充填对井周应力的影响，从而提高了井壁的承压能力。

技术领域

本发明涉及钻井勘探领域，具体地涉及一种用于确定井壁强化条件的方法与系统、及井壁强化的方法与系统。

背景技术

井漏是指在压差作用下，钻井工作流体通过裂缝向地层漏失的现象。井漏作为最严重的井下复杂情况之一，不仅会造成钻井液损失与污染储层，还会导致井塌、井喷等一系列的井下复杂事故，这些事故每年对全球钻井行业造成的经济损失高达20～30亿美元。为了预防井漏事故的发生，减少井漏所造成的损害，井漏处理技术开始由“后期堵漏”向“先期预防”方向发展。例如，井壁强化技术作为一种重要的防漏技术措施，已得到广泛地推广和应用，但其具体作用机理尚未明确。

目前，常用的井壁强化方法为经验性地加入一系列尺寸的封堵剂进行随钻预防。由于地层裂缝开度难以准确预测，导致加入的随钻封堵材料充填效率较低，因此，该方法缺少定量化的施工参数，对井壁强化技术实施过程难以实现精细化控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定井壁强化条件的方法与系统、及井壁强化的方法与系统，其一方面可对井壁强化过程所需的钻井液的温度和强化材料的粒径分布进行定量化表征，从而实现对井壁强化过程的精细化控制；另一方面，利用温度变化所产生的热应力增强了强化材料充填对井周应力的影响，从而提高了井壁的承压能力。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于确定井壁强化条件的方法，该方法包括：根据井壁强化模型、所述井壁的预设承压及热流固耦合方程，计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁向地层延伸的裂缝的裂缝开度；根据所述井壁所需冷却至的目标温度，获得钻井液的温度；以及根据所述裂缝开度分布及粒径匹配准则，获取强化材料的粒径分布。

优选地，所述计算所述井壁所需冷却至的目标温度和所述井壁向地层延伸的裂缝的裂缝开度分布包括：根据所述井壁强化模型及所述井壁的预设承压，计算在所述井壁被填充强化材料后的裂缝尖端的第一应力强度因子；根据所述热流固耦合方程、及所述井壁的预设承压与预设目标温度，计算裂缝尖端的第二应力强度因子；以及调整所述井壁的预设目标温度，并重新计算所述裂缝尖端的第二应力强度因子，直至所计算的第二应力强度因子与所述第一应力强度因子的差值的绝对值小于或等于预设值；根据最后一次调整的所述井壁的预设目标温度，获取所述井壁所需冷却至的目标温度；以及根据由所述热流固耦合方程与最后一次调整的所述井壁的预设目标温度得到的所述地层的位移场在所述井壁的裂缝处的位移，获取所述裂缝开度分布。

优选地，所述计算在所述井壁被填充强化材料后的裂缝尖端的第一应力强度因子包括：根据所述井壁强化模型，获取用于计算所述第一应力强度因子的第一公式；以及根据所述第一公式、所述井壁的预设承压、及距所述井壁无限远处的最小水平地应力与最大水平地应力，计算所述第一应力强度因子。