[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

说明书

本发明公开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，属于页岩气压裂技术领域。本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出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，包括：获取目标工区的地应力、岩石力学参数、天然裂缝产状、井筒参数；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；判断裂缝状态并计算井筒所受剪应力；最后根据井筒参数和井筒所受剪应力进行比较，从而判断井筒是否存在套变风险。本发明可以快速预判水平井套变风险，在判断套变风险较高的地区，可以考虑采用优化井筒方位、加强固井质量、适当降低排量、采用暂堵技术等措施合理控制缝内流体压力降低套变风险。

技术领域

本发明涉及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，属于页岩气压裂技术领域。

背景技术

页岩气压裂过程中，套管变形(以下简称套变)会影响井筒完整性、阻碍井下工具下放、降低压裂分段有效性、甚至导致部分压裂段放弃改造，已成为影响页岩气压裂开发的重要因素之一。

许多学者就套变问题开展了研究，目前认为裂缝滑移剪切井筒，井筒管壁屈服挤毁，以及热应力是引起套变的几类主要因素。关于裂缝滑移剪切井筒导致套变的研究，廖仕孟等，陈朝伟等，李留伟等统计了现场测井以及施工数据，分析了长宁、威远、以及昭通等区块套变井特征，认为断层、天然裂缝发育区域发生套变概率较高，断层滑移剪切是导致该地区套变的主要因素。高利军等、付盼等、Lian等、Yin等、Xi等利用数模软件分析了压裂破碎带、地层滑移、固井情况、天然裂缝对于套变的影响。付盼等、王向阳等基于大物模实验装置分析了天然裂缝参数对于套变的影响；关于井筒管壁屈服挤毁以及热应力导致套变的研究主要从理论方面展开，赵均海等，林元华等基于统一强度理论分析了套管的抗挤强度以及全管壁屈服挤毁压力。刘建中等建立复合力学模型研究了套变的临界压力以及变形区的应力分布。于浩等利用数模软件分析了地应力和岩石强度对套管失效的影响。刘奎等基于复变函数方法研究了压裂过程中温度-压力变化对于井筒完整性的影响。Yan等利用数模软件分析了压裂过程中温度变化导致的固井缺陷对于套变的影响。综上所述，前人多采用数模软件对套变现象开展相关研究，而对于压裂过程中套管受力以及破坏机理认识则相对不足。

此外，现场压裂改造需要一种能够快速对套变风险进行判断的方法，而数模方法存在建模复杂、计算速度慢的限制。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出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。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：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，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。

进一步的技术方案是，所述步骤一中地应力在y方向的上的剪应力τ_xy的计算公式如下：