一种岩石力学和工程力学下的钻井漏失定量预测方法

技术领域

本发明属于石油勘探开发技术领域，尤其是涉及一种岩石力学和工程力学下的钻井漏失定量预测方法。

背景技术

井漏是国内外油气田普遍存在的一种钻井现象，特别是在渤海地区井漏尤为严重，钻井的漏失率约为50％。井漏不但会提高作业成本，延误工期，严重的还会增加钻井风险、引发安全事故。而且，漏失发生后所使用的堵漏液，会造成储层污染，导致测井曲线不能反映地层真实信息，给后续的地层流体识别、产能评价、科学配产等方面带来极大困难。

现阶段，对于井漏的预测和定位，多采用地震进行断裂各潜在微小断层的判别来定性预测井漏，利用测井资料进行井漏的后期精细定位。在钻井随钻跟踪和井漏分析研究过程中，人们普遍发现纵向上岩性型漏失层段多集中发育在不等厚的砂泥岩互层、砂泥岩薄互层分布区。由于测井上解释的地层破裂压力远高于井筒的泥浆压力，人们便将井漏层段归结为薄弱层(测井上其破裂压力没有明显降低)。由于石油地质工作者普遍关注点集中在了岩石力学而忽视了工程力学，导致对岩性漏失的机理归结为岩性薄弱层、岩性滑脱面的存在而造成井漏的发生。

此外，由于岩性型漏失多数地震特征不明显，因此，造成岩性型漏失可预测性及可靠性低。如何利用现有资料，对岩性漏失做出可靠的预测和漏失处的准确定位，需要一种新的方法，解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种岩石力学和工程力学下的钻井漏失定量预测方法，尤其是应用工程力学中层状地层应力集中的现象，在地层弹性参数和钻井液与地层孔隙间的压力差的基础上，通过一种新的层界面应力分布计算方法来获得更精细的地应力分布，并结合地层的破裂压力和裂缝延伸规模及与天然断裂的关系，定量的判断地层破裂和漏失位置和规模。

本发明提供一种岩石力学和工程力学下的钻井漏失定量预测方法，包括以下步骤，

S1：准备基础资料；

S2：计算岩性界面附加应力；

S3：判断泥浆压裂、程度及延伸规模；

S4：确定漏失规模。

进一步的，所述基础资料包括钻前预测和随钻监测，所述S1包括以下步骤，

S11：钻前阶段，根据预测获得地层岩性、地层纵波速度、地层横波速度、地层密度、地层破裂压力、井轨迹和钻井泥浆数据；

S12：钻进过程中，利用随钻GR来获得实际地层的岩性、泥质含量、砂量含量。

进一步的，在所述S2中，利用岩石力学和工程力学层状地层推导得出层界面的应力表达，并计算岩性界面的附加应力大小和分布，所述S2包括以下步骤，

S21：通过岩石力学计算泊松比μ、杨氏模量E、剪切模量G；

S22：钻井前，利用地震反演获得的纵横波时差和密度计算；

S23：随钻阶段，利用随钻GR数据计算得到矿物含量，进而将纵、横波速度利用矿物含量和地层密度所代替。

进一步的，通过岩石力学和借鉴岩土工程力学的层界面间的应力分布和应力试验模拟成果及正压差时的地层附加应力传导模式，新构建井筒周围地层岩性界面的附加应力并通过公式表示，其中应力大小利用钻井工程中的压力当量密度表示：

泥-砂岩层界面，即相对塑形层-刚性层岩层界面，出现应力集中并表现为正值，应力集中附加的应力的当量密度大小可用公式表示为：

砂-泥岩层界面，即相对刚性层-塑形层岩层界面，出现应力扩散并表现为负值，应力扩散消耗的应力当量密度大小可用公式表示为：

其中，σ

进一步的，所述S3包括以下步骤，

S31：在钻井过程中，常见的应力状态是井筒内泥浆产生的压力大于渗透层的孔隙压力，从而产生正压差；

S32：当0.85P

S33：当P

其中：L为最大连通裂缝长度，m；P

进一步的，在所述S4中，通过断裂和裂缝连通规模和漏失空间，进而确定漏失规模，所述S4包括以下步骤，

S41：利用常规已有的深度域地震数据或解释成果获得井眼中漏失层井段距天然断层的距离LF；

S42：确定漏失规模。

进一步的，所述S42包括以下步骤，

S421：当

S422：当0.5L≤L＜(L-0.5D

其中，LF为井眼到断层距离，m；D

进一步的，本发明还提供一种装置，运行上述的数据处理方法。

进一步的，本发明还提供一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的算法，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的数据处理方法。

进一步的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机算法，所述计算机算法被处理器执行时实现所述的数据处理方法。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明将工程力学和岩石力学相结合，在钻井常规已有地层资料基础上，阐述了利用地层参数或矿物含量及地层压力和泥浆压力差，通过经试验和推导出的公式，来确定岩性界面处的应力集中现象和定量计算岩性界面应力集中大小。其次，结合地层破裂压力和岩石裂缝形成规律，来确定裂缝发育程度和延伸规模，并参考地震资料确定的破裂位置与天然断层的距离来确定漏失的发生、规模。该方法能快速在钻井过程中确定漏失位置，简便易行，精度可靠；此法预测和计算的漏失位置和漏失大小与现场实际提供的数据对比，误差较小，效果良好，时效性强的特点。

附图说明

图1是本发明实施例整体流程图。

图2是本发明实施例不同厚度砂-泥岩组合模式下应力分布模拟图。

图3是本发明实施例井筒附加应力传导模式图。

图4是本发明具体实施例X4井漏定量判别图。

图5是本发明具体实施例X4井距断层距离确定图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

如图1所示，本发明提供一种岩石力学和工程力学下的钻井漏失定量预测方法，包括以下步骤，

S1：准备基础资料，基础资料包括钻前预测和随钻监测，具体的，S1包括以下步骤，

S11：钻前阶段，根据预测获得地层岩性、地层纵波速度、地层横波速度、地层密度、地层破裂压力、井轨迹和钻井泥浆数据。

S12：钻进过程中，利用随钻GR来获得实际地层的岩性、泥质含量、砂量含量，为后续岩性界面处应力大小的计算做好准备。

S2：计算岩性界面附加应力，利用岩石力学和工程力学层状地层推导得出层界面的应力表达，并计算岩性界面的附加应力大小和分布。具体的，S2包括以下步骤，

S21：通过岩石力学计算泊松比μ、杨氏模量E、剪切模量G等。

S22：钻井前，利用地震反演获得的纵横波时差和密度计算。

S23：随钻阶段，利用随钻GR数据计算得到矿物含量，进而将纵、横波速度利用矿物含量和地层密度所代替。

通过岩石力学和借鉴岩土工程力学的层界面间的应力分布和应力试验模拟成果，如图2所示，及正压差时的地层附加应力传导模式，如图3所示，则可以新构建井筒周围地层岩性界面的附加应力并通过公式表示，其中应力大小利用钻井工程中的压力当量密度表示：

泥-砂岩层界面，即相对塑形层-刚性层岩层界面，出现应力集中并表现为正值，应力集中附加的应力的当量密度大小可用公式表示为：

砂-泥岩层界面，即相对刚性层-塑形层岩层界面，出现应力扩散并表现为负值，应力扩散消耗的应力当量密度大小可用公式表示为：

其中，σ

总体上来看，从公式可以看出：厚泥-薄砂型岩性组合附加应力大井漏风险最大，厚砂-薄泥型次子，泥砂等厚互层时，应力集中不明显而风险较小。

S3：判断泥浆压裂、程度及延伸规模。具体的，S3包括以下步骤，

S31：在钻井过程中，常见的应力状态是井筒内泥浆产生的压力大于渗透层的孔隙压力，从而产生正压差。

S32：当0.85P

S33：当P

其中：L为最大连通裂缝长度，m；P

S4：确定漏失规模。其核心是通过断裂和裂缝连通规模和漏失空间，进而确定漏失规模，具体的，S4包括以下步骤，

S41：确定井眼与断层间距离LF，具体的，利用常规已有的深度域地震数据或解释成果获得井眼中漏失层井段距天然断层的距离LF。

S42：确定漏失规模。具体的，S42包括以下步骤，

S421：当

S422：当0.5L≤L＜(L-0.5D

其中，LF为井眼到断层距离，m；D

通过以上流程和技术的应用，利用递进法在定性判断是否漏失的基础上，层层深入后，最终确定漏失量的大小，并实现井漏的定量化识别。

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，以本发明在渤中X4井随钻井漏分析中应用为例，包括以下步骤：

S1：准备基础资料，具体的，收集随钻声波AC、GR、密度DEN和电阻RT测井、泥浆密度等数据。

S2：分层和相关参数计算。具体的，利用AC转换为纵波速度V

利用GR曲线对地层剖面进行岩性(脆性和塑性)分层，如表1所示，并统计各层厚度、平均杨氏模量E、平均泊松比μ、最小破裂压力P

表1 X4井漏相关参数计算成果表

S3：各小层岩性界面附加应力计算。具体的，利用前面砂-泥界面附加应力计算公式1及泥-砂界面附加应力计算公式2得到界面附加力Δσ

S4：地层漏失定量判别。具体的，利用地层破裂压力P

S5：漏失速率判定。具体的，利用地震小层构造图和相干体等时切片，漏失点距离北东-南西向的主断层和多条小断100-150m，如图5所示，而计算得到裂缝连通长度约190m。因此，综合判定为大漏。

该井在2948m细砂岩中，漏速65m

综上所述，通过对漏失段的有效判别，在该段实行了快速有效、精准堵漏，保证了钻井的顺利进行。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。