[发明专利]页岩地层压裂裂缝起裂压力计算方法

摘要

本发明涉及的是页岩地层压裂裂缝起裂压力计算方法，具体为：一、测试地应力大小、地层孔隙压力大小、页岩不同方向弹性模量和泊松比大小；二、目标井目的层段选取某一井深数值，根据已经设计好的井身结构数据，将井眼直角坐标系和地应力坐标系以及大地坐标系进行转换；三、计算由地应力和井眼内压裂液压力所引起的井壁各应力分量；四、将井眼直角坐标系中井壁上各应力分量有效应力转化为井眼极坐标下的有效应力形式；五、推导页岩地层压裂井壁岩石发生拉伸破坏的力学准则；六、沿井眼周向计算井壁不同位置发生拉伸破坏时目标井目的层段井眼内压裂液压力，确定破裂最小值即为裂缝起裂压力。本发明使起裂压力计算结果更真实可靠，降低施工成本。

主权项

1.一种页岩地层压裂裂缝起裂压力计算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、开展钻井区块目标井目的层段页岩岩石力学实验，测试地应力大小、地层孔隙压力大小、页岩不同方向弹性模量和泊松比大小；步骤二、目标井目的层段选取某一井深数值，根据已经设计好的井身结构数据，将井眼直角坐标系和地应力坐标系以及大地坐标系进行转换，为井壁受力分析做准备；步骤三、将页岩地层考虑为横观各向同性多孔介质，计算由地应力和井眼内压裂液压力所引起的井壁各应力分量；其中，井壁各应力分量应用下式计算：式中：σ_xx,b,σ_yy,b,σ_zz,b,τ_xy,b,τ_xz,b,τ_yz,b是地应力在井眼直角坐标系下的应力分量，MPa；复数的实部；Φ'_i为应力解析函数的导数；z_i,μ_i和λ_i是复数；z_i是表示井壁上任一点位置的复数，Φ'_i、μ_i和λ_i根据弹性力学中的相应求解方法进行求解；a_ij为地层各向异性刚度矩阵的元素；式中：Ex、Ey、Ez为步骤一测试得到的页岩不同方向弹性模量，MPa；υxy、υyz、υxz为步骤一测试得到的页岩不同方向泊松比；Gxy、Gyz、Gxz为步骤一测试得到的页岩不同方向剪切模量，MPa；计算得到井壁各应力分量以后，再依据多孔介质有效应力理论，将井壁的各应力分量转换为有效应力形式；步骤四、计算获取井壁各应力分量的有效应力以后，为了判别井壁能否发生起裂，根据弹性力学理论中的应力转换关系，将井眼直角坐标系中井壁上各应力分量有效应力转化为井眼极坐标下的有效应力形式；步骤五、在Hoek and Brown提出的拉伸破坏准则基础上，推导页岩地层压裂井壁岩石发生拉伸破坏的力学准则：式中：A和B是反映岩石力学特性的常数，通过力学实验获取；βm是层理与压缩轴向之间的夹角,°；m和s是岩石的材料常数，通过实验获取，α为井眼的井周角，°；步骤六、沿井眼周向计算井壁不同位置发生拉伸破坏时目标井目的层段井眼内压裂液压力，确定破裂最小值即为裂缝起裂压力。