[发明专利]针对地层的井壁稳定性分析方法、装置、介质及设备

说明书

本发明涉及一种针对地层的井壁稳定性分析方法、装置、介质及设备，包括步骤：1)收集地层各向压参数；2)获取目标地层的岩心样本，通过实验确定应力‑应变本构关系；3)基于应力‑应变本构关系，描述地层的初始地应力状态和地质力学特征；4)建立三维非结构几何网格，确定井壁稳定模型的空间几何参数；5)形成初始三维地质力学模型；6)基于地层的各向参数，建立理论模型；7)基于表征单个物理场时空演化特征的基础上，实现多物理场耦合与协同下的井壁稳定性分析；8)利用有限元方法对多物理场耦合偏微分方程组进行空间离散；9)定量分析井壁失稳可能性；10)帮助油田现场进行钻井参数优化。

技术领域

本发明涉及一种针对地层的井壁稳定性分析方法、装置、介质及设备，具体涉及一种针对高温高应力地层环境下的流-固-热多场耦合井壁稳定性分析方法、装置、介质及设备，属于深层及超深地层的井壁稳定技术领域。

背景技术

深层及超深层含油气储层的安全、高效钻采是缓解我国较高对外原油、天然气依存度的重要途径。但是，此类储层同时具有高温、高应力、高地层压力等特点，与浅层储层相比，多种物理场耦合作用的现象更加明显，井周围岩力学性质劣化机制和应力响应规律更复杂，在开发过程中更容易出现钻井效率低和井壁失稳等现象，井漏和井壁坍塌等风险更高，井壁稳定性分析难度较大。

准确、全面的井壁稳定性分析是实现安全、高效钻井的关键。根据地层特性选取相应的强度准则和本构模型并开展井壁稳定性分析，能够定量描述井周围岩内的应力场、压力场和温度场对钻井过程的工程响应，预测井壁失稳造成的垮塌、缩颈、漏失等复杂情况，并提高钻井泥浆密度窗口计算的可靠性。

常见的井壁稳定性分析方法通过弹性力学方法和破坏准则等表征井壁围岩的应力重新分布及应力集中情况，并确定是否出现剪切破坏和拉伸破坏等。此类模型着重描述围岩的固体力学场时空演化规律和井周围岩孔隙流体渗流特征，以实现流-固耦合建模分析。但是，对于深层及超深地层，由于地温梯度的作用温度较高，分别通过热-固耦合和流-热耦合对应力场和压力场产生的影响，出现热应变和热传递，同时造成岩石弹性参数的变化，因此，常见的流-固耦合井壁稳定性方法在此类场景应用时的准确性和适应性存在局限。为了提高此类深部地层钻井的井壁稳定分析准确性、提高钻井的安全性和效率，需要提出一种针对高温高应力地层的流-固-热多场耦合井壁稳定性分析方法。

发明内容

针对上述突出问题，本发明提供一种针对高温高应力地层的流-固-热多场耦合井壁稳定性分析方法、装置、介质及设备，该方法分析钻井造成的井周围岩应力重新分布、岩石破坏、孔隙压力场演化和温度分布情况，提高井眼坍塌、缩径和破裂过程的计算精度，优化钻井泥浆密度窗口，降低钻井工程中井壁失稳的风险。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种针对地层的流-固-热多场耦合井壁稳定性分析方法，包括如下步骤：

1)明确目标地层的地质情况，收集目标地层岩石力学参数、井深结构设计参数和孔隙流体温压参数；

2)获取目标地层区域的岩心样本，通过室内三轴力学实验确定一定深度与层位的岩石强度参数和弹性参数，确定应力-应变本构关系；

3)基于所述步骤2)中的应力-应变本构关系，针对目标地层区域内测井数据岩石力学解释成果和三维地质体模型开展标定与校正，描述目标地层三维空间的初始地应力状态和地质力学特征；

4)基于所述步骤3)中的初始地应力状态和地质力学特征，建立符合地层地质力学和物性特征的三维非结构几何网格，确定井壁稳定模型的空间几何参数；

5)基于所述步骤4)构建的三维非结构几何网格，利用非结构网格优化三维空间网格剖分，形成初始三维地质力学模型；

6)基于目标地层的渗流力学参数、热力学参数和岩石力学参数、所述步骤4)中的空间几何参数以及所述步骤5)中的初始三维地质力学模型，分别建立表征渗流场、温度场和应力场时空演化规律的理论模型；