本發(fā)明涉及石油工程技術(shù)，尤其涉及一種鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法及裝置。

背景技術(shù)：

石油工程中鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測具有重要意義。如果鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測不準(zhǔn)，會造成鉆井井壁失穩(wěn)。由于鉆井井壁失穩(wěn)導(dǎo)致的工程報廢和損失每年數(shù)以億計，并且，鉆井井壁失穩(wěn)會造成鉆井過程中經(jīng)常發(fā)生漏失、卡鉆、鱉跳、落魚等復(fù)雜工程事故，嚴(yán)重耽擱了勘探開發(fā)進(jìn)程，因此，在石油工程中，對鉆井井壁的穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測變得非常重要。

現(xiàn)有技術(shù)中，通過采用測井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及測試數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)獲得地層坍塌壓力和破裂壓力，然后根據(jù)地層坍塌壓力和破裂壓力，進(jìn)行鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測。

但是，上述方法只考慮了測井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及測試數(shù)據(jù)，鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測的準(zhǔn)確率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法及裝置，以提高鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測的準(zhǔn)確率。

本發(fā)明提供一種鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法，包括：

根據(jù)巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力。

進(jìn)一步地，所述井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)包括：測井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及地層測試數(shù)據(jù)；

所述根據(jù)巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：

根據(jù)巖心資料及所述測井?dāng)?shù)據(jù)獲取水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、標(biāo)定后的地層抗剪強度、標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率、標(biāo)定后的地層總滲透率及標(biāo)定后的巖石抗張強度；

根據(jù)所述測井?dāng)?shù)據(jù)、所述鉆井?dāng)?shù)據(jù)、所述錄井?dāng)?shù)據(jù)及所述地層測試數(shù)據(jù)獲取地層孔隙壓力；

根據(jù)所述測井?dāng)?shù)據(jù)獲取鉆井井斜作用系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力，包括：

根據(jù)所述標(biāo)定后的地層抗剪強度、所述水平最大主應(yīng)力、所述水平最小主應(yīng)力、所述標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、所述裂縫面的正應(yīng)力、所述裂縫面的剪應(yīng)力、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、所述標(biāo)定后的裂縫滲透率、所述標(biāo)定后的地層總滲透率、所述鉆井井斜作用系數(shù)、所述地層孔隙壓力及所述井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力；

根據(jù)所述標(biāo)定后的巖石抗張強度、所述水平最大主應(yīng)力、所述水平最小主應(yīng)力、所述裂縫面的正應(yīng)力、所述裂縫面的剪應(yīng)力、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、所述標(biāo)定后的裂縫滲透率、所述標(biāo)定后的地層總滲透率、所述鉆井井斜作用系數(shù)、所述地層孔隙壓力及所述井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層破裂壓力。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述標(biāo)定后的地層抗剪強度、所述水平最大主應(yīng)力、所述水平最小主應(yīng)力、所述標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、所述裂縫面的正應(yīng)力、所述裂縫面的剪應(yīng)力、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、所述標(biāo)定后的裂縫滲透率、所述標(biāo)定后的地層總滲透率、所述鉆井井斜作用系數(shù)、所述地層孔隙壓力及所述井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力，包括：

根據(jù)公式獲取所述地層坍塌壓力，其中，η為地區(qū)經(jīng)驗系數(shù)，σ1為所述水平最大主應(yīng)力，σ3為所述水平最小主應(yīng)力，ushe為所述標(biāo)定后的地層抗剪強度，α為畢奧特系數(shù)，pp為所述地層孔隙壓力，為所述標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角，σn為所述裂縫面的正應(yīng)力，τf為所述裂縫面的剪應(yīng)力，為所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角，cf為所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)，km為所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率，kf為所述標(biāo)定后的裂縫滲透率，k為所述標(biāo)定后的地層總滲透率，ε為井筒鉆開時間作用系數(shù)，t為所述井筒鉆開時間，bn為所述鉆井井斜作用系數(shù)，ω為鉆井井斜角，θ為鉆井方位角。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述標(biāo)定后的巖石抗張強度、所述水平最大主應(yīng)力、所述水平最小主應(yīng)力、所述裂縫面的正應(yīng)力、所述裂縫面的剪應(yīng)力、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、所述標(biāo)定后的裂縫滲透率、所述標(biāo)定后的地層總滲透率、所述鉆井井斜作用系數(shù)、所述地層孔隙壓力及所述井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層破裂壓力，包括：

根據(jù)公式獲取所述地層破裂壓力，其中，σ1為所述水平最大主應(yīng)力，σ3為所述水平最小主應(yīng)力，α為畢奧特系數(shù)，pp為所述地層孔隙壓力，uti為所述標(biāo)定后的巖石抗張強度，σn為所述裂縫面的正應(yīng)力，為所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角，cf為所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)，τf為所述裂縫面的剪應(yīng)力，km為所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率，kf為所述標(biāo)定后的裂縫滲透率，k為所述標(biāo)定后的地層總滲透率，ε為井筒鉆開時間作用系數(shù)，t為所述井筒鉆開時間，bn為所述鉆井井斜作用系數(shù)，ω為鉆井井斜角，θ為鉆井方位角。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力之后，還包括：

根據(jù)所述地層坍塌壓力和所述地層破裂壓力確定泥漿密度。

本發(fā)明還提供一種鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置，包括：

第一確定模塊，用于根據(jù)巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

第二確定模塊，用于根據(jù)所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力。

進(jìn)一步地，所述井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)包括：測井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及地層測試數(shù)據(jù)；

所述第一確定模塊包括：

第一獲取子模塊，用于根據(jù)巖心資料及所述測井?dāng)?shù)據(jù)獲取水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、標(biāo)定后的地層抗剪強度、標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率、標(biāo)定后的地層總滲透率及標(biāo)定后的巖石抗張強度；

第二獲取子模塊，用于根據(jù)所述測井?dāng)?shù)據(jù)、所述鉆井?dāng)?shù)據(jù)、所述錄井?dāng)?shù)據(jù)及所述地層測試數(shù)據(jù)獲取地層孔隙壓力；

第三獲取子模塊，用于根據(jù)所述測井?dāng)?shù)據(jù)獲取鉆井井斜作用系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述第二確定模塊包括：

第一確定子模塊，用于根據(jù)所述標(biāo)定后的地層抗剪強度、所述水平最大主應(yīng)力、所述水平最小主應(yīng)力、所述標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、所述裂縫面的正應(yīng)力、所述裂縫面的剪應(yīng)力、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、所述標(biāo)定后的裂縫滲透率、所述標(biāo)定后的地層總滲透率、所述鉆井井斜作用系數(shù)、所述地層孔隙壓力及所述井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力；

第二確定子模塊，用于根據(jù)所述標(biāo)定后的巖石抗張強度、所述水平最大主應(yīng)力、所述水平最小主應(yīng)力、所述裂縫面的正應(yīng)力、所述裂縫面的剪應(yīng)力、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、所述標(biāo)定后的裂縫滲透率、所述標(biāo)定后的地層總滲透率、所述鉆井井斜作用系數(shù)、所述地層孔隙壓力及所述井筒鉆開時間確定所述目標(biāo)區(qū)域的地層破裂壓力。

進(jìn)一步地，所述第一確定子模塊具體用于：

根據(jù)公式獲取所述地層坍塌壓力，其中，η為地區(qū)經(jīng)驗系數(shù)，σ1為所述水平最大主應(yīng)力，σ3為所述水平最小主應(yīng)力，ushe為所述標(biāo)定后的地層抗剪強度，α為畢奧特系數(shù)，pp為所述地層孔隙壓力，為所述標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角，σn為所述裂縫面的正應(yīng)力，τf為所述裂縫面的剪應(yīng)力，為所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、cf為所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)，km為所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率，kf為所述標(biāo)定后的裂縫滲透率，k為所述標(biāo)定后的地層總滲透率，ε為井筒鉆開時間作用系數(shù)，t為所述井筒鉆開時間，bn為所述鉆井井斜作用系數(shù)，ω為鉆井井斜角，θ為鉆井方位角；

所述第二確定子模塊具體用于：

根據(jù)公式獲取所述地層破裂壓力，其中，σ1為所述水平最大主應(yīng)力，σ3為所述水平最小主應(yīng)力，α為畢奧特系數(shù)，pp為所述地層孔隙壓力，uti為所述標(biāo)定后的巖石抗張強度，σn為所述裂縫面的正應(yīng)力，為所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角，cf為所述標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)，τf為所述裂縫面的剪應(yīng)力，km為所述標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率，kf為所述標(biāo)定后的裂縫滲透率，k為所述標(biāo)定后的地層總滲透率，ε為井筒鉆開時間作用系數(shù)，t為所述井筒鉆開時間，bn為所述鉆井井斜作用系數(shù)，ω為鉆井井斜角，θ為鉆井方位角。

本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法及裝置，通過根據(jù)巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力，在進(jìn)行井壁穩(wěn)定性預(yù)測時考慮到了井筒鉆開時間，從而，提高了鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測的準(zhǔn)確率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法實施例一的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法實施例二的流程示意圖；

圖3為井筒鉆開1小時時不同井斜條件下的坍塌壓力和破裂壓力組成的安全泥漿密度圖；

圖4為井筒鉆開6小時時不同井斜條件下的坍塌壓力和破裂壓力組成的安全泥漿密度圖；

圖5為井筒鉆開12小時時不同井斜條件下的坍塌壓力和破裂壓力組成的安全泥漿密度圖；

圖6為井筒鉆開48小時時不同井斜條件下的坍塌壓力和破裂壓力組成的安全泥漿密度圖；

圖7為本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

圖1為本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法實施例一的流程示意圖。如圖1所示，本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法包括：

s101：根據(jù)巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

具體地，巖心資料為使用巖心鉆機從地下取出的。本實施例中的目標(biāo)區(qū)域為需要對鉆井井壁穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測的區(qū)域。

井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)包括：測井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及地層測試數(shù)據(jù)。

需要說明的是，在從地下取巖心資料時，是以一定的間隔距離從不同的井深處取出的，其只能反映離散的井深處的性質(zhì)。在對目標(biāo)區(qū)域的井壁穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測時，需要對連續(xù)井深進(jìn)行預(yù)測的，因此，需要采用巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。這里的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以反映連續(xù)的井深處的性質(zhì)。例如，對巖心資料進(jìn)行巖石力學(xué)實驗，獲得地層內(nèi)摩擦角，采用根據(jù)巖心資料獲得的地層內(nèi)摩擦角對測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，獲得標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角。

s102：根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力。

井筒鉆開時間是指從鉆開井筒開始起算至進(jìn)行穩(wěn)定性預(yù)測時的中間間隔時間，其量綱為小時。

本實施例中確定地層坍塌壓力和地層破裂壓力時，考慮到了井筒鉆開時間，因此，本實施例獲得的地層坍塌壓力和地層破裂壓力是時變的，鉆井井壁的穩(wěn)定性預(yù)測的準(zhǔn)確率更高。

本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法，通過根據(jù)巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力，在進(jìn)行井壁穩(wěn)定性預(yù)測時考慮到了井筒鉆開時間，從而，提高了鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測的準(zhǔn)確率。

圖2為本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法實施例二的流程示意圖。如圖2所示，本實施例在圖1所示實施例的基礎(chǔ)上，可選的，井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)包括：測井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及地層測試數(shù)據(jù)，鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法包括：

s201：根據(jù)巖心資料及測井?dāng)?shù)據(jù)獲取水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、標(biāo)定后的地層抗剪強度、標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率、標(biāo)定后的地層總滲透率及標(biāo)定后的巖石抗張強度。

具體地，對巖心資料進(jìn)行巖石力學(xué)實驗，獲得動態(tài)的楊氏模量、動態(tài)的泊松比、地層內(nèi)摩擦角、裂縫面的內(nèi)摩擦角、裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)及巖石抗張強度。

根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)、動態(tài)的楊氏模量及動態(tài)的泊松比獲得所述標(biāo)定后的楊氏模量及標(biāo)定后的泊松比，根據(jù)標(biāo)定后的楊氏模量及標(biāo)定后的泊松比獲得標(biāo)定后的地層抗剪強度，其量綱為mpa。

對測井?dāng)?shù)據(jù)、標(biāo)定后的楊氏模量及標(biāo)定后的泊松比采用組合彈簧模型獲得水平最大主應(yīng)力及水平最小主應(yīng)力，其量綱都為mpa。

根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)及地層內(nèi)摩擦角獲得標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角。

根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)得到所述裂縫面的傾向及所述裂縫面的傾角，可選的，可以通過電阻率成像獲得裂縫面的傾向和裂縫面的傾角，對裂縫面的傾向、裂縫面的傾角、水平最大主應(yīng)力及水平最小主應(yīng)力采用應(yīng)力張量變換計算得到裂縫面的正應(yīng)力和裂縫面的剪應(yīng)力。

根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)及裂縫面的內(nèi)摩擦角、裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)獲得標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角及標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)。

根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)及巖石抗張強度獲得標(biāo)定后的巖石抗張強度，其量綱為mpa。

需要說明的是，對巖心資料進(jìn)行巖石力學(xué)實驗可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的實驗方法進(jìn)行。

對巖心資料進(jìn)行滲透率實驗，得到基質(zhì)滲透率、裂縫滲透率及地層總滲透率，根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)、基質(zhì)滲透率、裂縫滲透率及地層總滲透率得到標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率及標(biāo)定后的地層總滲透率，其量綱都為毫達(dá)西(md)。

需要說明的是，對巖心資料進(jìn)行滲透率實驗可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的實驗方法進(jìn)行。

s202：根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及地層測試數(shù)據(jù)獲取地層孔隙壓力。

地層孔隙壓力的量綱為mpa。

s203：根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)獲取鉆井井斜作用系數(shù)。

在一種實現(xiàn)方式中，測井?dāng)?shù)據(jù)包括鉆井井斜角和鉆井方位角。鉆井井斜作用系數(shù)通過下式獲得：

其中，ω、θ分別為鉆井井斜角和鉆井方位角。

需要說明的是，s201-s203沒有時序關(guān)系。

s204：根據(jù)標(biāo)定后的地層抗剪強度、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率、標(biāo)定后的地層總滲透率、鉆井井斜作用系數(shù)、地層孔隙壓力及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力。

可選的，在一種實現(xiàn)方式中，可以根據(jù)公式：

獲取地層坍塌壓力，其中，η為地區(qū)經(jīng)驗系數(shù)，σ1為水平最大主應(yīng)力，σ3為水平最小主應(yīng)力，ushe為標(biāo)定后的地層抗剪強度，α為畢奧特(boits)系數(shù)，pp為地層孔隙壓力，為標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角，σn為裂縫面的正應(yīng)力，τf為裂縫面的剪應(yīng)力，為標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角，cf為標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)，km為標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率，kf為標(biāo)定后的裂縫滲透率，k為標(biāo)定后的地層總滲透率，ε為井筒鉆開時間作用系數(shù)，t為井筒鉆開時間，bn為鉆井井斜作用系數(shù)，ω為鉆井井斜角，θ為鉆井方位角。

需要說明的是，η一般取1，α取0.8，ε取0.0001-0.001之間。

井筒鉆開時間是指從鉆開井筒開始起算至進(jìn)行穩(wěn)定性預(yù)測時的中間間隔時間，其量綱為小時。

s205：根據(jù)標(biāo)定后的巖石抗張強度、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率、標(biāo)定后的地層總滲透率、鉆井井斜作用系數(shù)、地層孔隙壓力及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層破裂壓力。

在一種實現(xiàn)方式中，根據(jù)公式：

獲取地層破裂壓力，其中，σ1為水平最大主應(yīng)力，σ3為水平最小主應(yīng)力，α為畢奧特系數(shù)，pp為地層孔隙壓力，uti為標(biāo)定后的巖石抗張強度，σn為裂縫面的正應(yīng)力，為標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角，cf為標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)，τf為裂縫面的剪應(yīng)力，km為標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率，kf為標(biāo)定后的裂縫滲透率，k為標(biāo)定后的地層總滲透率，ε為井筒鉆開時間作用系數(shù)，t為井筒鉆開時間，bn為鉆井井斜作用系數(shù)。

本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法中，在計算地層坍塌壓力及地層破裂壓力時，除了考慮到井筒鉆開時間之外，還考慮到了水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、裂縫面的內(nèi)摩擦角、裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)及裂縫的滲透率，從而，可以實現(xiàn)高應(yīng)力背景裂縫性地層時變井壁穩(wěn)定性預(yù)測，該鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法不僅準(zhǔn)確率高，而且，應(yīng)用范圍廣。

進(jìn)一步地，在圖1和圖2所示實施例中，s102和s205之后，還包括：根據(jù)地層坍塌壓力和地層破裂壓力確定泥漿密度。

可以根據(jù)上述實施例得到的地層坍塌壓力和地層破裂壓力確定泥漿密度。泥漿密度為地層坍塌壓力和地層破裂壓力之間才能保證井壁不垮塌也不破裂，實現(xiàn)安全順利鉆進(jìn)。圖3為井筒鉆開1小時時不同井斜條件下的坍塌壓力和破裂壓力組成的安全泥漿密度圖。圖4為井筒鉆開6小時時不同井斜條件下的坍塌壓力和破裂壓力組成的安全泥漿密度圖。圖5為井筒鉆開12小時時不同井斜條件下的坍塌壓力和破裂壓力組成的安全泥漿密度圖。圖6為井筒鉆開48小時時不同井斜條件下的坍塌壓力和破裂壓力組成的安全泥漿密度圖。圖3-圖6中，橫坐標(biāo)為井眼斜度，縱坐標(biāo)為泥漿密度，下層黑色區(qū)域為井壁坍塌區(qū)域，上層灰色區(qū)域為井壁破裂區(qū)域。泥漿密度的上限為地層破裂壓力，泥漿密度的下限為地層坍塌壓力。表1為地層坍塌壓力和地層破裂壓力隨井筒鉆開時間變化表。

表1為地層坍塌壓力和地層破裂壓力隨井筒鉆開時間變化表

從圖3-圖6及表1中可以看出，隨井筒鉆開時間的增加，地層坍塌壓力逐漸升高，地層破裂壓力逐漸降低，安全泥漿密度窗口逐漸變窄，井壁穩(wěn)定區(qū)域逐漸變小，據(jù)此可以設(shè)計保持井壁穩(wěn)定的精確的泥漿密度。

本實施例的方法在該區(qū)域應(yīng)用50余井次，為目的層鉆井提供地層坍塌壓力、漏失壓力、破裂壓力等精細(xì)的安全泥漿密度窗口。采用本發(fā)明方法后，在保證安全的前提下，鉆井液的密度大幅降低，以某井為例，鉆井液密度從原來的2.05克/立方厘米降低至現(xiàn)在的1.78克/立方厘米，鉆井成本大幅降低。同時使漏失、遇卡、遇阻及循環(huán)劃眼等鉆井復(fù)雜情況急劇減少，目的層鉆井速度較使用之前提高3倍。

圖7為本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置包括：

第一確定模塊71，用于根據(jù)巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

第二確定模塊72，用于根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力。

本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置具體可用于執(zhí)行圖1所示方法實施例，其實現(xiàn)原理類似，此處不再贅述。

本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置，通過設(shè)置第一確定模塊，用于根據(jù)巖心資料及井筒鉆完井?dāng)?shù)據(jù)確定目標(biāo)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，第二確定模塊，用于根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力和地層破裂壓力，在進(jìn)行井壁穩(wěn)定性預(yù)測時考慮到了井筒鉆開時間，從而，提高了鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測的準(zhǔn)確率。

圖8為本發(fā)明提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置在圖7所示實施例的基礎(chǔ)上，第一確定模塊71包括：

第一獲取子模塊711，用于根據(jù)巖心資料及測井?dāng)?shù)據(jù)獲取水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、標(biāo)定后的地層抗剪強度、標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率、標(biāo)定后的地層總滲透率及標(biāo)定后的巖石抗張強度。

第二獲取子模塊712，用于根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)、鉆井?dāng)?shù)據(jù)、錄井?dāng)?shù)據(jù)及地層測試數(shù)據(jù)獲取地層孔隙壓力。

第三獲取子模塊713，用于根據(jù)測井?dāng)?shù)據(jù)獲取鉆井井斜作用系數(shù)。

第二確定模塊72包括：

第一確定子模塊721，用于根據(jù)標(biāo)定后的地層抗剪強度、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率、標(biāo)定后的地層總滲透率、鉆井井斜作用系數(shù)、地層孔隙壓力及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層坍塌壓力。

第一確定子模塊721具體用于：根據(jù)公式：

獲取地層坍塌壓力，其中，η為地區(qū)經(jīng)驗系數(shù)，σ1為水平最大主應(yīng)力，σ3為水平最小主應(yīng)力，ushe為標(biāo)定后的地層抗剪強度，α為畢奧特(boits)系數(shù)，pp為地層孔隙壓力，為標(biāo)定后的地層內(nèi)摩擦角，σn為裂縫面的正應(yīng)力，τf為裂縫面的剪應(yīng)力，為標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、cf為標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)，km為標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率，kf為標(biāo)定后的裂縫滲透率，k為標(biāo)定后的地層總滲透率，ε為井筒鉆開時間作用系數(shù)，t為井筒鉆開時間，bn為鉆井井斜作用系數(shù)，ω為鉆井井斜角，θ為鉆井方位角。

第二確定子模塊722，用于根據(jù)標(biāo)定后的巖石抗張強度、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角、標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)、標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率、標(biāo)定后的裂縫滲透率、標(biāo)定后的地層總滲透率、鉆井井斜作用系數(shù)、地層孔隙壓力及井筒鉆開時間確定目標(biāo)區(qū)域的地層破裂壓力。

第二確定子模塊722具體用于：根據(jù)公式：

獲取地層破裂壓力，其中，σ1為水平最大主應(yīng)力，σ3為水平最小主應(yīng)力，α為畢奧特系數(shù)，pp為地層孔隙壓力，uti為標(biāo)定后的巖石抗張強度，σn為裂縫面的正應(yīng)力，為標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦角，cf為標(biāo)定后的裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)，τf為裂縫面的剪應(yīng)力，km為標(biāo)定后的基質(zhì)滲透率，kf為標(biāo)定后的裂縫滲透率，k為標(biāo)定后的地層總滲透率，ε為井筒鉆開時間作用系數(shù)，t為井筒鉆開時間，bn為鉆井井斜作用系數(shù)。

本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置具體可用于執(zhí)行圖2所示方法實施例，其實現(xiàn)原理類似，此處不再贅述。

本實施例提供的鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測裝置，通過設(shè)置第一獲取子模塊、第二獲取子模塊、第三獲取子模塊、第一確定子模塊及第二確定子模塊，在計算地層坍塌壓力及地層破裂壓力時，除了考慮到井筒鉆開時間之外，還考慮到了水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、裂縫面的正應(yīng)力、裂縫面的剪應(yīng)力、裂縫面的內(nèi)摩擦角、裂縫面的內(nèi)摩擦系數(shù)及裂縫的滲透率，從而，可以實現(xiàn)高應(yīng)力背景裂縫性地層時變井壁穩(wěn)定性預(yù)測，該鉆井井壁穩(wěn)定性預(yù)測方法不僅準(zhǔn)確率高，而且，應(yīng)用范圍廣。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括：rom、ram、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。