[发明专利]天然裂缝页岩地层水力压裂水平井井筒套变风险判断方法

权利要求书

1.天然裂缝页岩地层水力压裂水平井井筒套变风险判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、获取目标工区的地应力、天然裂缝产状、井筒参数、缝内流体压力p_f，再根据地应力分别计算地应力在y方向的上的剪应力τ_xy、地应力在x方向的上的正应力σ_x；

步骤二、分别建立裂缝未完全撑开-套管系统受力计算模型、裂缝完全撑开-套管系统受力计算模型；

步骤三、根据缝内流体压力p_f和地应力在x方向的上的正应力σ_x判断裂缝状态，若p_f≤σ_x，则裂缝属于未完全撑开状态；若p_f＞σ_x，则裂缝属于完全撑开状态；

步骤四、根据裂缝状态选择裂缝未完全撑开-套管系统受力计算模型、裂缝完全撑开-套管系统受力计算模型计算得到井筒所受剪应力τ_c；

步骤五、最后根据步骤一的井筒参数和步骤四计算得到的井筒所受剪应力τ_c进行比较，从而判断井筒是否存在套变风险。

2.根据权利要求1所述的天然裂缝页岩地层水力压裂水平井井筒套变风险判断方法，其特征在于，所述步骤一中计算地应力在y方向的上的剪应力τ_xy、地应力在x方向的上的正应力σ_x的计算公式如下：

式中：τ_xy为地应力在y方向的上的剪应力，MPa；σ_H为最大水平主应力，MPa；σ_h为最小水平主应力，MPa；θ为最大水平主应力方向沿顺时针方向与裂缝面夹角，°；σ_x为地应力在x方向的上的正应力，MPa。

3.根据权利要求1所述的天然裂缝页岩地层水力压裂水平井井筒套变风险判断方法，其特征在于，所述井筒参数包括套管内径r₁、套管外径r₂、裸眼井径R、套管抗剪强度。

4.根据权利要求3所述的天然裂缝页岩地层水力压裂水平井井筒套变风险判断方法，其特征在于，所述裂缝未完全撑开-套管系统受力计算模型为：

f_max＝μσ_nA_f

式中：τ_xy为地应力在y方向的上的剪应力，MPa；τ_c为井筒所受剪应力，MPa；A_f为裂缝面积，m²；A_c为裂缝面上套管与水泥环围成的椭圆环面积，m²；θ为最大水平主应力方向沿顺时针方向与裂缝面夹角，°；r₁为套管内径，mm；R为钻入油层钻头直径，mm；α为最大水平主应力方向沿顺时针方向与水平井筒夹角，°；f_max为裂缝面最大静摩擦力，10⁶N；σ_n为裂缝面上基岩接触正应力，MPa；μ为裂缝面摩擦系数，无因次。

5.根据权利要求3所述的天然裂缝页岩地层水力压裂水平井井筒套变风险判断方法，其特征在于，所述裂缝完全撑开-套管系统受力计算模型为：

式中：τ_xy为地应力在y方向的上的剪应力，MPa；τ_c为井筒所受剪应力，MPa；A_f为裂缝面积，m²；A_c为裂缝面上套管与水泥环围成的椭圆环面积，m²；θ为最大水平主应力方向沿顺时针方向与裂缝面夹角，°；r₁为套管内径，mm；R为裸眼井径，mm；α为最大水平主应力方向沿顺时针方向与水平井筒夹角，°。

6.根据权利要求4或5所述的天然裂缝页岩地层水力压裂水平井井筒套变风险判断方法，其特征在于，所述步骤五中将步骤四计算得到的井筒所受剪应力τ_c与步骤一井筒参数中的套管抗剪强度进行比较，若井筒所受剪应力τ_c小于或等于套管抗剪强度，则不存在套变风险，若井筒所受剪应力τ_c大于套管抗剪强度，则存在套变风险。