[发明专利]一种考虑随机裂缝分布的破碎性井眼岩样加工方法

说明书

本发明属于石油与天然气油气井工程领域，涉及一种考虑随机裂缝分布的破碎性井眼岩样加工方法。本发明基于所钻取岩心的破碎性数学特征，结合随机变量函数建立井眼岩样的破碎性数学特征；利用XRD分析技术获取岩心矿物成分及含量，确定料浆配比；在料浆中掺入中溶聚乙烯醇薄膜制作井眼岩样，井眼岩样浸泡于55℃的温水中，溶解中溶聚乙烯醇薄膜形成裂缝，模拟井眼岩样的破碎性特征，实现了可在力学性质上模拟真实地层且具有破碎性特征的井眼岩样加工。

技术领域

本发明属于石油与天然气油气井工程领域，涉及一种考虑随机裂缝分布的破碎性井眼岩样加工方法。

背景技术

在石油天然气钻井开发过程中，经常遇到破碎性地层，破碎性地层的井眼坍塌问题异常严重，极大影响钻井安全。破碎性地层是由大量随机裂缝切割地层形成的，由于随机裂缝的存在，破碎性地层体现出了强烈的几何非连续性和力学非均质性，难以采用理论方法建立破碎性地层井眼坍塌模型，需采用实验方法揭示破碎性地层井眼坍塌机理。在实验开展之前，应首先加工包含随机裂缝分布的破碎性井眼岩样，这是首要任务。目前，已有学者提出了一系列岩样加工方法，如：倾斜地层真三轴压裂物理模拟实验的岩样加工方法和装置(CN106121640B)、一种横观各向同性真三轴岩样制作方法(CN110208052A)、一种模拟水力压裂裂缝真实形态的人造岩样制作方法(CN110388201A)。然而，这些加工方法主要基于连续介质力学，加工出的岩样并不具备破碎性特征，急需提出一种通过随机裂缝分布反映破碎性特征的井眼岩样加工方法。目前，破碎性井眼岩样加工面临着一系列难题：(1)如何在井眼岩样中布置随机裂缝体现破碎性特征；(2)如何在井眼岩样中体现破碎程度的差异；(3)从地质学角度看，地层破碎程度与矿物成分、含量密切相关，如何将矿物成分加入到井眼岩样设计中。为了克服以上问题，本发明提出了一种考虑随机裂缝分布的破碎性井眼岩样加工方法。

发明内容

本发明提供了一种考虑随机裂缝分布的破碎性井眼岩样加工方法，所形成的井眼岩样可用于破碎性地层井眼坍塌实验。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种考虑随机裂缝分布的破碎性井眼岩样加工方法，基于所钻取岩心的破碎性数学特征，结合随机变量函数建立井眼岩样的破碎性数学特征；利用XRD分析技术获取岩心矿物成分及含量，确定料浆配比；在料浆中掺入中溶聚乙烯醇薄膜制作井眼岩样，井眼岩样浸泡于55℃的温水中，溶解中溶聚乙烯醇薄膜形成裂缝，呈现井眼岩样的破碎性特征。

具体步骤如下：

步骤一：获取所钻取岩心的破碎性数学特征。利用井壁取心技术从破碎性地层中钻取岩心，并基于岩心三维CT扫描仪获得岩心结构图，在结构图中建立1cm×1cm×1cm的三维坐标系，记录弯曲裂缝、直裂缝、斜裂缝的坐标数据和数量，计算岩心裂缝总面积，确定岩心的破碎程度，破碎程度定义为岩心内裂缝总面积与岩心表面积之比，见公式(1)。

式中：η为岩心破碎程度；S_a为岩心内裂缝总面积；S_b为岩心表面积。

步骤二：建立井眼岩样的破碎性数学特征。方法如下：①根据所要加工的井眼岩样表面积，并结合步骤一中的岩心破碎程度，利用公式(2)计算井眼岩样裂缝总面积；②裂缝分为弯曲裂缝、直裂缝和斜裂缝，将裂缝简化为四边形或三角形，以子步骤①中的井眼岩样裂缝总面积构建以裂缝数量及裂缝尺寸为随机变量的函数方程，见公式(3)，采用随机抽样法求解公式(3)中的随机变量，获取裂缝数量及裂缝尺寸结果；③利用随机抽样法在井眼岩样空间内随机确定裂缝位置，包括裂缝中心点位置坐标、裂缝与坐标轴夹角；④根据子步骤②和③的结果，在满足裂缝最高点具有最大值的条件下，获取裂缝各顶点在井眼岩样空间内的坐标数据。

S＝ηS_j (2)