本發(fā)明屬于地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)工程領(lǐng)域，具體涉及一種地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性分析方法。
背景技術(shù)：
：地下儲(chǔ)氣庫(kù)可優(yōu)化供氣系統(tǒng)，滿足天然氣調(diào)峰、事故應(yīng)急和戰(zhàn)略儲(chǔ)備等需要。特別是當(dāng)天然氣產(chǎn)、銷地相距較遠(yuǎn)時(shí)，地下儲(chǔ)氣庫(kù)可確保用氣安全的不可替代的設(shè)施。井壁失穩(wěn)是由于地質(zhì)因素、井壁巖石破碎和鉆井作業(yè)等引起的井壁不穩(wěn)定現(xiàn)象，所述井壁失穩(wěn)由井壁穩(wěn)定性分析方法進(jìn)行判斷和處理。地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)涉及的地層具有地質(zhì)層系多、可鉆性差、巖性變化大、壓力體系復(fù)雜、裂縫極其發(fā)育、巖石破碎程度高的特點(diǎn)，施工時(shí)易造成坍塌、縮徑等井壁失穩(wěn)現(xiàn)象，甚至造成地下儲(chǔ)氣庫(kù)井報(bào)廢，嚴(yán)重危害地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)和安全。目前地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性分析方法依靠試驗(yàn)井現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，具有耗資大、施工難的缺點(diǎn)，且無(wú)可判斷地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性狀態(tài)的準(zhǔn)則。為此，需要提出一種判斷鉆井施工過(guò)程中地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性的分析方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性分析方法，用于地下儲(chǔ)氣庫(kù)井鉆井施工時(shí)儲(chǔ)層巖石破碎程度的判定，降低由井壁巖石破碎引起的鉆井風(fēng)險(xiǎn)，輔助解決地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)工程領(lǐng)域中的井壁失穩(wěn)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性分析方法，步驟如下：(1)、從待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層鉆孔獲取巖芯，確定井壁巖石的類型系數(shù)和地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)；(2)、對(duì)獲得的巖芯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試樣加工，制得多組標(biāo)準(zhǔn)圓柱體井壁巖芯試件；(3)、采用單軸抗壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)所制得的多組井壁巖芯試件進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，將多組測(cè)試值的平均值作為待鉆區(qū)塊的井壁巖石單軸抗壓強(qiáng)度；(4)、根據(jù)霍克-布朗準(zhǔn)則定義井壁巖石破碎系數(shù)公式，用以評(píng)價(jià)儲(chǔ)層破碎程度；(5)、根據(jù)多元線性回歸方法確定待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)，獲取待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層每個(gè)單元的最大主應(yīng)力值、最小主應(yīng)力值；(6)、將待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層每個(gè)單元的最大主應(yīng)力值、最小主應(yīng)力值，單軸抗壓強(qiáng)度，巖體系數(shù)代入井壁巖石破碎系數(shù)公式，計(jì)算待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層的破碎系數(shù)；(7)、根據(jù)地下儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，建立目的儲(chǔ)層不同破碎程度區(qū)域與地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(8)、根據(jù)劃分的待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層不同破碎程度區(qū)域，判定地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性。進(jìn)一步，待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層單元應(yīng)力值求解具體步驟包括：①、定義多元線性回歸方程：式中，σk為對(duì)應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)k的應(yīng)力回歸計(jì)算值，σk＝[σxkσykσzkτxykτyzkτzxk]t；i＝1,…n分別對(duì)應(yīng)不同工況；σik為對(duì)應(yīng)i工況k觀測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力有限元計(jì)算值，σik＝[σixkσiykσizkτixykτiyzkτizxk]t；li為待定回歸系數(shù)；②、計(jì)算最小二乘法的殘差平方和s殘：式中：為k觀測(cè)點(diǎn)j應(yīng)力分量的觀測(cè)值；為i工況下k觀測(cè)點(diǎn)j應(yīng)力分量的有限元計(jì)算值；m觀測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)；根據(jù)最小二乘法原理，殘差平方和s殘達(dá)到最小值時(shí)，應(yīng)滿足：③、求解方程得到n個(gè)待定回歸系數(shù)l＝(l1,l2,…,ln)t，則目的儲(chǔ)層任意單元p的地應(yīng)力可由下式迭加得到：式中，j＝(1,2,…,6)t為目的儲(chǔ)層任意單元地應(yīng)力的6個(gè)分量。進(jìn)一步，根據(jù)霍克-布朗準(zhǔn)則定義井壁巖石破碎系數(shù)ξ，用以評(píng)價(jià)儲(chǔ)層破碎程度，具體如下：式中：σ1、σ3分別為井壁巖石所受的最大、最小主應(yīng)力，mpa；σci為井壁巖石單軸抗壓強(qiáng)度，mpa；mb為巖體系數(shù)，與巖石類型系數(shù)mi有關(guān)，無(wú)單位；s、α為巖體系數(shù)，無(wú)單位；d為巖體擾動(dòng)因子，擾動(dòng)取為0，未擾動(dòng)取為1。進(jìn)一步，標(biāo)準(zhǔn)圓柱體井壁巖芯試件高度為50mm，誤差±1mm；直徑為25mm，誤差±0.5mm。進(jìn)一步，巖芯實(shí)驗(yàn)試樣組數(shù)為不少于20組。進(jìn)一步，儲(chǔ)層不同破碎程度區(qū)域與地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性的對(duì)應(yīng)關(guān)系為①破碎區(qū)(i)：該區(qū)域內(nèi)井壁已經(jīng)失穩(wěn)，須立即停止鉆井作業(yè)；②較強(qiáng)破碎區(qū)(ii)：該區(qū)域內(nèi)不建議繼續(xù)鉆井，若需繼續(xù)鉆井應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)；③較弱破碎區(qū)(iii)：該區(qū)域內(nèi)可以進(jìn)行鉆井作業(yè)，且可適當(dāng)放寬鉆進(jìn)參數(shù)；④未破碎區(qū)(iv)：該區(qū)域內(nèi)適合進(jìn)行鉆井作業(yè)。進(jìn)一步，地下儲(chǔ)氣庫(kù)井眼軌跡選擇在未破碎區(qū)、較弱破碎區(qū)域內(nèi)。進(jìn)一步，選擇井眼軌跡所在儲(chǔ)層位置處破碎系數(shù)平均值最小的井眼軌跡。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：通過(guò)預(yù)測(cè)待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層巖石破碎程度，提出了一種考慮儲(chǔ)層巖石破碎程度的地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性分析方法，采用本發(fā)明分析地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性時(shí)可以有效避開(kāi)井壁巖石破碎程度較為嚴(yán)重的區(qū)域，達(dá)到預(yù)防井壁坍塌、降低鉆井風(fēng)險(xiǎn)的效果。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性分析方法的流程示意圖；圖2為某一儲(chǔ)層水平最大主應(yīng)力等值線圖；圖3為某一儲(chǔ)層水平最小主應(yīng)力等值線圖；圖4為某一儲(chǔ)層井壁巖石破碎系數(shù)等值線圖；圖5為某一儲(chǔ)層不同巖石破碎程度區(qū)域劃分示意圖。具體實(shí)施方式為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。如圖1所示，一種地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性分析方法，步驟如下：(1)、從待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層鉆孔獲取大塊巖芯，確定井壁巖石的類型系數(shù)mi和地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)gsi；巖石類型系數(shù)可查表1(該表來(lái)源于加拿大everthoek的專著“實(shí)用巖體工程技術(shù)”一書(shū)，第139頁(yè))得到。表1巖體地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)可查表2(該表來(lái)源于加拿大everthoek的專著“實(shí)用巖體工程技術(shù)”一書(shū)，第145頁(yè))得到。表2(2)、對(duì)獲得的大塊巖芯進(jìn)行試樣加工，制得多組標(biāo)準(zhǔn)圓柱體井壁巖芯試件，標(biāo)準(zhǔn)圓柱體井壁巖芯試件高度為50mm(±1mm)，直徑為25mm(±0.5mm)；(3)、采用單軸抗壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)所制得的多組井壁巖芯進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，將多組測(cè)試值的平均值作為待鉆區(qū)塊的井壁巖石單軸抗壓強(qiáng)度σci；(4)、根據(jù)霍克-布朗準(zhǔn)則定義井壁巖石破碎系數(shù)ξ，用以評(píng)價(jià)儲(chǔ)層破碎程度：式中：σ1、σ3分別為井壁巖石所受的最大、最小主應(yīng)力，mpa；σci為井壁巖石單軸抗壓強(qiáng)度，mpa；mb為巖體系數(shù)，與巖石類型系數(shù)mi有關(guān)，無(wú)單位；s、α為巖體系數(shù)，無(wú)單位；d為巖體擾動(dòng)因子，擾動(dòng)取為0，未擾動(dòng)取為1；(5)、根據(jù)多元線性回歸方法確定待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)，獲取待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層每個(gè)單元的最大主應(yīng)力值σ1、最小主應(yīng)力值σ3。具體步驟包括：①、定義多元線性回歸方程：式中，σk為對(duì)應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)k的應(yīng)力回歸計(jì)算值，σk＝[σxkσykσzkτxykτyzkτzxk]t；i＝1,…n分別對(duì)應(yīng)不同工況；σik為對(duì)應(yīng)i工況k觀測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力有限元計(jì)算值，σik＝[σixkσiykσizkτixykτiyzkτizxk]t；li為待定回歸系數(shù)；②、假定有m個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，計(jì)算最小二乘法的殘差平方和s殘：式中：為k觀測(cè)點(diǎn)j應(yīng)力分量的觀測(cè)值；為i工況下k觀測(cè)點(diǎn)j應(yīng)力分量的有限元計(jì)算值；根據(jù)最小二乘法原理，殘差平方和s殘達(dá)到最小值時(shí)，應(yīng)滿足：③、求解方程得到n個(gè)待定回歸系數(shù)l＝(l1,l2,…,ln)t，則目的儲(chǔ)層任意單元p的地應(yīng)力可由下式迭加得到：式中，j＝(1,2,…,6)t為目的儲(chǔ)層任意單元地應(yīng)力的6個(gè)分量；(6)、將待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層每個(gè)單元的最大主應(yīng)力值σ1、最小主應(yīng)力值σ3，單軸抗壓強(qiáng)度σci，巖體系數(shù)mb、s、α代入井壁巖石破碎系數(shù)公式(1)，計(jì)算待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層的井壁巖石破碎系數(shù)。根據(jù)井壁巖石破碎系數(shù)將儲(chǔ)層劃分為破碎區(qū)(i)、較強(qiáng)破碎區(qū)(ii)、較弱破碎區(qū)(iii)、未破碎區(qū)(iv)。其中，巖石破碎程度與井壁巖石破碎系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3；表3巖石破碎程度區(qū)域破碎區(qū)(i)較強(qiáng)破碎區(qū)(ii)較弱破碎區(qū)(iii)未破碎區(qū)(iv)井壁巖石破碎系數(shù)ξ>1.01.0～0.80.8～0.5<0.5(7)、根據(jù)地下儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，目的儲(chǔ)層不同巖石破碎程度區(qū)域與地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性的對(duì)應(yīng)關(guān)系描述為：①破碎區(qū)(i)：該區(qū)域內(nèi)井壁已經(jīng)失穩(wěn)，須立即停止鉆井作業(yè)；②較強(qiáng)破碎區(qū)(ii)：該區(qū)域內(nèi)不建議繼續(xù)鉆井，若需繼續(xù)鉆井應(yīng)嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)；③較弱破碎區(qū)(iii)：該區(qū)域內(nèi)可以進(jìn)行鉆井作業(yè)，且可適當(dāng)放寬鉆進(jìn)參數(shù)；④未破碎區(qū)(iv)：該區(qū)域內(nèi)適合進(jìn)行鉆井作業(yè)；(8)、根據(jù)劃分的待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層不同巖石破碎程度區(qū)域，將地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性控制在未破碎區(qū)(iv)、較弱破碎(iii)區(qū)域內(nèi)，且優(yōu)先選擇井壁巖石破碎系數(shù)最小的區(qū)域進(jìn)行鉆井作業(yè)；根據(jù)劃分的待鉆區(qū)塊目的儲(chǔ)層不同巖石破碎程度區(qū)域，將地下儲(chǔ)氣庫(kù)井眼軌跡選擇在未破碎區(qū)(iv)、較弱破碎(iii)區(qū)域內(nèi)，且優(yōu)先選擇井眼軌跡所在儲(chǔ)層位置處破碎系數(shù)平均值最小的井眼軌跡。實(shí)施例一以某一區(qū)塊地下儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明考慮儲(chǔ)層巖石破碎程度的地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性分析方法。(1)、從某儲(chǔ)層鉆孔取大塊巖芯，通過(guò)查表1巖石類型系數(shù)(該表來(lái)源于加拿大everthoek的專著“實(shí)用巖體工程技術(shù)”一書(shū)，第139頁(yè))確定井壁巖石的巖石類型系數(shù)mi＝15。參照表2的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)(該表來(lái)源于加拿大everthoek的專著“實(shí)用巖體工程技術(shù)”一書(shū)，第145頁(yè))，確定井壁巖石的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)gsi＝55；(2)、對(duì)獲得的儲(chǔ)層大塊巖芯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試樣加工，制得20組標(biāo)準(zhǔn)圓柱體井壁巖芯試件，標(biāo)準(zhǔn)圓柱體井壁巖芯試件高度為50mm(±1mm)，直徑為25mm(±0.5mm)；(3)、采用單軸抗壓試驗(yàn)機(jī)對(duì)所制得的20組井壁巖芯進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，將20組測(cè)試值的平均值作為待鉆區(qū)塊的井壁巖石單軸抗壓強(qiáng)度σci＝25mpa；(4)根據(jù)霍克-布朗準(zhǔn)則定義井壁巖石破碎系數(shù)ξ，用以評(píng)價(jià)儲(chǔ)層破碎程度；(5)確定目的儲(chǔ)層地應(yīng)力場(chǎng)，獲取儲(chǔ)層每個(gè)單元的的最大主應(yīng)力值σ1、最小主應(yīng)力值σ3，如圖2和圖3所示；(6)將最大主應(yīng)力σ1、最小主應(yīng)力σ3、井壁巖石單軸抗壓強(qiáng)度σci、巖體系數(shù)mb、s、α代入井壁巖石破碎系數(shù)公式(1)計(jì)算井壁巖石破碎系數(shù)，劃分儲(chǔ)層不同巖石破碎程度區(qū)域，如圖4所示；(7)建立目的儲(chǔ)層不同巖石破碎程度區(qū)域與地下儲(chǔ)氣庫(kù)井壁穩(wěn)定性的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(8)確定目的儲(chǔ)層不同巖石破碎程度區(qū)域，如圖5所示。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。當(dāng)前第1頁(yè)12