一种人工加热致使井壁破裂的方法及其分析方法技术

本发明专利技术公开了一种人工加热致使井壁破裂的方法，包括以下两个步骤：S1.向钻井底加入加热器；S2.人工加热致使钻井井壁破裂其中，人工加热致使井壁破裂方法的分析方法，包括确定性分析和数据分析两方面。该方法弥补了传统最大水平主应力测量中自然发生的井壁破裂不可控的缺陷，扩展了该测量方法的应用范围。该建模分析包括：钻井周围热力诱发的环压的确定性分析；最大水平主应力、井壁破裂角宽度、温度升高量之间的关系评估；热力诱导井壁破裂测量最大水平主应力方法精度及灵敏度的数据分析；对在不同特定情况下的最大水平主应力测量成功概率估计数据分析。该数据分析全面证实了人工加热致使井壁破裂方法的可行性，分析了该方法所需的条件范围。需的条件范围。需的条件范围。

【技术实现步骤摘要】
一种人工加热致使井壁破裂的方法及其分析方法


[0001]本专利技术涉及热压致裂地应力测量
，具体是一种人工加热致使井壁破裂的方法及其分析方法。

技术介绍

[0002]目前的最大水平主应力测量过程包括井壁破裂观测、钻进诱发张裂缝测试、水力压裂测试等一系列测试。该技术已在石油、天然气工业中得到广泛应用，但仍有一些缺陷阻碍最大主应力的测量，如自然发生的井壁破裂并不可控。作为最大水平主应力的直接测量指标，井壁破裂若未出现，将会导致最大水平主应力测量出现数据缺失。
[0003]原先技术先通过水力压裂法测量最小水平主应力(当井壁裂缝张开或闭合时，测量当前液压，即为最小主应力大小)。随之应用线弹性理论推知钻孔周围应力分布，以最小水平主应力和破裂重张压力为基础估计最大水平主应力。最后通过井眼成像测井测得裂缝的取向，即最大水平主应力的取向。但由于裂缝取向难探测、裂缝形成不可控、井压对结果有影响等因素导致该方法精确度欠佳。直到井眼成像技术及定向井径测量技术得到发展，才促使井壁破裂成为地应力测量的重要指标。结合井壁破裂和水力压裂缝的测量数据，可较为精确地测定最大水平主应力和最小水平主应力与深度的函数关系。
[0004]最大水平主应力足够大且其对最小水平主应力的比率足够大时，应力集中超过岩石抗压系数，井壁破裂发生。因而井壁破裂在大多数情况下都难以发生。现有技术并不能人为诱导井壁破裂发生，因此，传统地应力测量方法并不能应用于所有地区。
[0005]近期研究中，一种融化回填材料以封闭钻井的井底电阻加热装置得以问世，并指出该装置在不规律加热时可能引发钻井产生压缩断裂和拉伸断裂。但该实验在各向同性介质中进行，得出的热引发井壁破裂与地应力关系并不严谨。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了人工加热致使井壁破裂的方法及其分析方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种人工加热致使井壁破裂的方法，其特征在于：包括以下两个步骤：
[0008]S1.向钻井底加入加热器:
[0009]S2.人工加热致使钻井井壁破裂。
[0010]一种人工加热致使井壁破裂方法的分析方法，包括确定性分析和数据分析两方面。
[0011]作为本专利技术的进一步方案，其中确定性分析包括：
[0012](1)钻井周围热力诱发的环压的确定性分析，通过求解不同温度条件下钻井周围环压大小并与无侧限抗压强度比较，估计钻井井壁破裂产生的可能性；
[0013](2)求解在不同的最大水平主应力值条件下，满足使环压超过无侧限抗压强度的
温度差，评估最大水平主应力、井壁破裂角宽度、温度升高量之间的关系。
[0014]作为本专利技术的进一步方案，该数据分析包括：
[0015](1)在限定温度差、井壁破裂角宽度、材料特性参数的条件下求解最大水平主应力分布曲线，从而对热力诱导井壁破裂测量最大水平主应力方法的精度及灵敏度进行数据分析；
[0016](2)在不同特定情况下开展MonteCarlo模拟，求得井壁破裂发生的累计概率曲线，从而对最大水平主应力测量成功概率估计进行数据分析。
[0017]与现有技术相比，该人工加热致使井壁破裂的方法具备如下有益效果：
[0018]该方法弥补了传统最大水平主应力测量中自然发生的井壁破裂不可控的缺陷，扩展了该测量方法的应用范围。该建模分析包括：钻井周围热力诱发的环压的确定性分析；最大水平主应力、井壁破裂角宽度、温度升高量之间的关系评估；热力诱导井壁破裂测量最大水平主应力方法精度及灵敏度的数据分析；对在不同特定情况下的最大水平主应力测量成功概率估计数据分析。该数据分析全面证实了人工加热致使井壁破裂方法的可行性，分析了该方法所需的条件范围，为该方法提供理论基础。
附图说明
[0019]图1为拟合于(a)热膨胀系数，(b)杨氏模量，(c)柏松指数，(d)UCS的正态分布曲线；
[0020]图2为两种不同温度条件下计算的钻井周围环压；
[0021]图3为最大水平主应力，角宽度，温度差之间关系的等值线图；
[0022]图4为角宽度为30
°
温度差为30℃条件下，基于建模参数的数值误差得到的最大水平主应力测量分布；
[0023]图5为最大水平主应力对材料特质分布的标准差改变量的敏感度。虚线反映了最大水平主应力标准差的基准线。
[0024]图6为诱导角宽度至少为0
°
的井壁破裂发生的累积成功率；
[0025]图7为诱导角宽度至多为50
°
的井壁破裂发生的累积成功率；
[0026]图8为温度差为30℃条件下累积概率对比。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0028]该建模分析建立在经典Kirsch解基础上。虽然经典Kirsch解严格要求钻孔为圆形，但近代研究已将其分析范围扩展到椭圆形，即通常情况下坍塌发生前的钻孔形状。相比于椭圆形钻井分析，经典Kirsch解由于一些表面形状差异倾向于低估最大水平主应力，但差距较小。为了分析简便，在此采用经典Kirsch解并与传统井壁破裂分析保持一致。图1展示了垂直钻孔的水平应力组成，方位角取向以及井壁破裂示意。
[0029]通过图1以及Kirsch解，可得温度差不变情况下井周环压：
[0030]σ
θθ
＝S
hmin
+S
Hmax
+2(S
Hmax
‑
S
hmin
)cos2θ
‑
P0‑
P
m
+α
T
EΔT/(1
‑
ν)(1)
[0031]σ
θθ
为井周环压，
[0032]S
h min
为最小水平主应力，
[0033]S
H max
为最大水平主应力,
[0034]θ为最小水平主应力方向为极轴的方位角，
[0035]P0为钻井压力，
[0036]P
m
为泥土自重或钻井内壁压力，
[0037]α
T
，E，ν分别为岩石热膨胀相关密度系数，杨氏模量，泊松比率，ΔT为井壁表面温度改变量。
[0038]为使井壁破裂发生，钻井表面所受挤压必须超过岩石的抗压强度。由式(1)，诱导井壁温度上升会导致井壁环压增大，为诱导井壁破裂发生提供了可控方法。长久以来，井壁环压的热弹性效应都是钻井安全性计算的一个重要因素。本专利用环压大于无侧限抗压强度作为井壁破裂发生依据。即
[0039]σ
θθ
≥UC S
[0040](2)
[0041]实地规模的岩石无侧限抗压强度常比实验室规模的岩石无侧限抗压强度小2到10个单位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工加热致使井壁破裂的方法，其特征在于：包括以下两个步骤：S1.向钻井底加入加热器:S2.人工加热致使钻井井壁破裂。2.一种如权利要求1所述的一种人工加热致使井壁破裂方法的分析方法，其特征在于，包括确定性分析和数据分析两方面。3.根据权利要求2所述的一种人工加热致使井壁破裂的分析方法，其特征在于，其中确定性分析包括：(1)钻井周围热力诱发的环压的确定性分析，通过求解不同温度条件下钻井周围环压大小并与无侧限抗压强度比较，估计钻井井壁破裂产生的可能性；(2)求解在不同的最大水平主应力值条...

【专利技术属性】
技术研发人员：任强，
申请(专利权)人：成都合信恒泰工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：