一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法及装置

文档序号:28698551发布日期:2022-01-29 12:49阅读:83来源:国知局
一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法及装置

1.本发明涉及地球地理技术领域,可用于油田井壁稳定的评价技术领域,尤其是一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法及装置。


背景技术:

2.对于复合盐膏层定向井造斜段和深层斜井井壁稳定、缩径与阻卡问题的研究,现有分析方法包括采用地应力转换的方式,即已知地层原有地应力状态,通过对斜井坐标系与直井坐标系之间的转换关系,得到斜井井眼轴坐标系中地应力场的正应力和剪应力,从而进一步分析阻卡现象与地应力状态的关系,但是该方法需要以地层为均质性与地层材料属性的各向同性作为假设前提,然而实际上,在复合盐膏层纵向多层条件下,地层并非均质性,且地层材料属性并非各项同性,受到地层的非均质性、和材料属性的非各向同性因素影响,现有的预测方法不够全面,且与实际钻井情况存在较大的差距,导致无法预测钻井是否会出现阻卡情况,在实际施工中,经常令钻头阻卡在钻井中相对缩径率较大的部位,影响施工进度。


技术实现要素:

3.针对现有技术的上述问题,本文的目的在于,提供一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法及装置,以解决现有技术中钻井预测结果与实际阻卡出现位置不一致的问题。
4.为了解决上述技术问题,本文的具体技术方案如下:
5.一方面,本文提供一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法,包括以下步骤:
6.基于复合盐膏层中斜井的地质资料、工程资料和工况信息,确定所述斜井的二维纵向多层模型;
7.确定复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律,并确定非所述盐岩层的材料属性;
8.将所述二维纵向多层模型按照岩性分层,根据所述复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律配置所述二维纵向多层模型中盐岩层的蠕变规律,根据所述复合盐膏层中非所述盐岩层的材料属性配置所述二维纵向多层模型中非盐岩层的材料属性;
9.向所述二维纵向多层模型施加应力,并对所述二维纵向多层模型中斜井的内壁施加钻井液压力,在施加应力和压力过程中,保持所述二维纵向多层模型变化后的尺寸不大于所述二维纵向多层模型的原始边界尺寸;
10.确定所述二维纵向多层模型中斜井的内壁的位移,根据所述位移判断所述复合盐膏层中的所述斜井的阻卡情况。
11.作为本文的一种实施方式,所述确定复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律,进一步包括:
12.获取所述斜井所在所述复合盐膏层的若干盐岩层的盐岩样本;
13.对所述盐岩样本进行盐岩蠕变实验,确定所述盐岩层的蠕变规律。
14.作为本文的一种实施方式,所述对所述盐岩样本进行盐岩蠕变实验,确定所述盐
岩的蠕变规律,进一步包括:
15.调整若干所述盐岩样本的围压和温度,得到所述盐岩样本的应变速率和围压的变换方程;
16.根据蠕变力学本构关系拟合所述变换方程,得到所述盐岩样本的蠕变系数与应力幂次;
17.将所述蠕变系数与所述应力幂次导入至蠕变力学平台,确定述复合盐膏层中所述盐岩层的所述蠕变规律。
18.作为本文的一种实施方式,所述基于复合盐膏层中斜井的地质资料、工程资料和工况信息,确定所述斜井的二维纵向多层模型,进一步包括:
19.根据所述地质资料确定所述斜井所在的复合盐膏层的地层岩性;
20.根据所述工程资料确定所述复合盐膏层的几何分布;
21.根据所述斜井的工况信息确定所述复合盐膏层中所述斜井的井眼轨迹;
22.根据所述复合盐膏层的地层岩性和几何分布,以及所述斜井的井眼轨迹,确定所述斜井的所述二维纵向多层模型。
23.作为本文的一种实施方式,在所述向所述二维纵向多层模型施加应力,并对所述二维纵向多层模型中斜井的内壁施加钻井液压力,在施加应力和压力过程中,保持所述二维纵向多层模型变化后的尺寸不大于所述二维纵向多层模型的原始边界尺寸之前,包括:
24.对所述二维纵向多层模型配置力边界条件和位移边界条件;
25.其中,所述力边界条件确定施加于所述二维纵向多层模型的应力的方向,并确定所述应力的数值;
26.所述位移边界条件确定所述二维纵向多层模型的所述原始边界尺寸。
27.作为本文的一种实施方式,所述确定所述二维纵向多层模型中斜井的内壁的位移,根据所述位移判断所述复合盐膏层中的所述斜井的阻卡情况,进一步包括:
28.根据所述蠕变规律和所述材料属性,确定所述二维纵向多层模型中井壁在所述盐岩层中的位移;
29.根据所述二维纵向多层模型中井壁在所述盐岩层中的位移,与所述二维纵向多层模型中斜井的井眼半径,计算所述二维纵向多层模型中各个盐岩层中井壁的缩径率;
30.若所述二维纵向多层模型中所述井壁的所述缩径率大于阻卡阈值,则所述复合盐膏层中的所述斜井出现阻卡现象。
31.作为本文的一种实施方式,所述方法还包括:
32.当所述二维纵向多层模型中所述井壁出现阻卡现象后,改变所述二维纵向多层模型中的所述钻井液压力;
33.计算所述二维纵向多层模型中所述井壁的缩径率,并判断所述缩径率和所述阻卡阈值的大小关系;
34.当所述井壁的所述缩径率小于所述阻卡阈值时,将对应的所述钻井液密度导出。
35.另一方面,本文实施例还提供一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价装置,包括:
36.模型建立单元,用于基于复合盐膏层中斜井的地质资料、工程资料和工况信息,确定所述斜井的二维纵向多层模型;
37.属性确认单元,用于确定复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律,并确定非所述盐岩层
的材料属性;
38.分层赋值单元,用于将所述二维纵向多层模型按照岩性分层,根据所述复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律配置所述二维纵向多层模型中盐岩层的蠕变规律,根据所述复合盐膏层中非所述盐岩层的材料属性配置所述二维纵向多层模型中非盐岩层的材料属性;
39.压力施加单元,用于向所述二维纵向多层模型施加应力,并对所述二维纵向多层模型中斜井的内壁施加钻井液压力,在施加应力和压力过程中,保持所述二维纵向多层模型变化后的尺寸不大于所述二维纵向多层模型的原始边界尺寸;
40.阻卡判断单元,用于确定所述二维纵向多层模型中斜井的内壁的位移,根据所述位移判断所述复合盐膏层中的所述斜井的阻卡情况。
41.另一方面,本文实施例还一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现任意一项所述的复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法。
42.另一方面,本文实施例还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程序,所述计算机程序被处理器执行时实现任意一项所述的复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法。
43.采用上述技术方案,本文可以根据地质资料、工程资料和工况信息,确定符合地层真实情况的模型,并针对性的将影响斜井内壁的盐岩层的蠕变规律确定,并可以模拟斜井在地下深层受到的双向应力与钻井液所带来的压力,然后再施加完应力与压力后,可以针对性的判断模型中盐岩层中的斜井的位移,并根据位移判断模型中是否出现阻卡,指导实际中斜井的施工情况。
44.为让本文的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。
附图说明
45.为了更清楚地说明本文实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本文的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1示出了本文实施例一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法的步骤示意图;
47.图2示出了本文实施例一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法的二维纵向多层模型建立步骤示意图;
48.图3示出了本文实施例一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法的井眼轨迹示意图;
49.图4示出了本文实施例一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价装置示意图;
50.图5示出了本文实施例一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价装置的模型建立单元示意图;
51.图6示出了本文实施例一种计算机设备的示意图;
52.图7示出了本文实施例一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法的应力施加示意图。
53.附图符号说明:
54.401、模型建立单元;
55.402、属性确认单元;
56.403、分层赋值单元;
57.404、压力施加单元;
58.405、阻卡判断单元;
59.4011、地层岩性确定模块;
60.4012、几何分布确定模块;
61.4013、井眼轨迹确定模块;
62.4014、模型确定模块;
63.602、计算机设备;
64.604、处理器;
65.606、存储器;
66.608、驱动机构;
67.610、输入/输出模块;
68.612、输入设备;
69.614、输出设备;
70.616、呈现设备;
71.618、图形用户接口;
72.620、网络接口;
73.622、通信链路;
74.624、通信总线。
具体实施方式
75.下面将结合本文实施例中的附图,对本文实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本文一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本文中的实施例,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,都属于本文保护的范围。
76.需要说明的是,本文的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本文的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
77.在油气勘探中,大多含油气资源的目标层位多在复合盐层下,而盐岩层做为复合盐膏层中的优质盖层,可以覆盖住油气。
78.在油气勘探中,复合盐层的井壁失稳的主要原因有以下几种:
79.1、石膏和泥岩遇水吸水膨胀,盐岩遇水溶解和分散。
80.2、复合盐层中的微裂缝易使钻井液渗流到盐岩层中,与盐岩层内的盐岩、石膏等发生溶解和水化反应,导致井壁的坍、扩径等。
81.3、盐岩层本身特殊的力学性质引起的蠕变。
82.由于盐岩层的蠕变与受力为非线性关系,所以在研究复合盐膏层的井壁失稳问题中,并没有较好的方法可以精准的刻画盐岩层的蠕变过程。
83.除复合盐膏层复杂的组分外,复合盐膏层同时还会发育高压盐水层,地层压力相对较高,在压力差的作用下地层流体流入井筒,所以造成了复合盐膏层的研究复杂度升高,针对于复合盐膏层的模型建立往往无法全面的反应盐岩层的蠕变过程。
84.经过对关于盐岩层的蠕变过程的文献的研究,本文得到了影响斜井的缩径率的主要问题,即传统的斜井研究方法是以直井作为基础,并根据线性规律将直接的研究方法照搬到斜井中,这样导致斜井的缩径率预测结果往往无法达到预期效果。
85.例如:曾义金在2001年,提出了以岩石力学为基础,分析了钻井后深部膏盐层段井内钻井液密度对地层蠕变的作用,提出了计算模型用于计算盐膏层的蠕变压力。
86.曾义金在2005年,提出深井膏盐层取样进行蠕变实验,分析其蠕变压力的变化,绘制了钻井液密度图谱,与膏盐岩溶解规律相结合提出确定合理钻井液的方法,并在实际钻井得到应用。
87.赵延林在2010年,提出等通过实验得出层状盐岩是特殊组合软岩,弹性模量较少,横向变形能力较大。
88.曾德智在2001年,建立了三向地应力作用下盐岩和砂泥岩互层的复合盐层井眼缩径的有限元三维模型,得到泥浆密度下盐岩层井眼缩径值。
89.陈胜在2014年,根据理论模型分析,确定膏盐岩蠕变的主要影响因素,和蠕变缩径的直接因素,并提出反推井眼缩径率,预测卡钻时间的方法。
90.林海在2018年,提出在考虑到软泥岩和盐膏层互层蠕变条件下,建立盐岩-软泥岩-盐岩三维复合盐层模型,并绘制钻井液密度图版。
91.经过研究发现,针对复合盐层直井情况下的建模及阻卡分析,已有较多的建模与评价研究。而针对复合盐层中的斜井井壁稳定、缩径与阻卡问题的研究相对较少,以塔里木油田定向井的现场施工情况来讲,复合盐层斜井的阻卡事故相对于直井段更加频繁,而随着斜井的井斜角的不断增大,阻卡程度愈发严重。
92.传统方法中,从直井到斜井的分析采用地应力转换的方式,即已知地层原有地应力状态,通过对斜井坐标系与直井坐标系之间的转换关系,得到斜井井眼轴坐标系中地应力场的正应力和剪应力,从而进一步分析。
93.但是传统方法有一定的假设前提,就是地层的均质性与各向同性,然而复合盐层纵向多层条件下,地层的非均质性、几何尺寸的非均一性和材料属性的非各向同性,就会影响到原有传统方法运用的准确性。
94.为了解决上述问题,本文实施例提供了一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法和装置,应用于地球地理技术领域,可用于油田井壁稳定的评价技术领域,能够不同于传统的方法,能够直观建模展示,体现斜井纵向多层情况下的盐层蠕变及阻卡状况,同时便于模拟计算,可以更为准确地针对复合盐层斜井井壁稳定提供分析依据和控制方法的参考。
95.本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤,但基于常规或者无创造
性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤,实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式,不代表唯一的执行顺序,在实际中的系统或装置产品执行时,可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行。
96.在本实施例中描述了在油气现场勘探时,研究人员发现在复合盐膏层中,盐岩层具有很强的蠕变特性,而其余的岩层并未有蠕变特性,且在现有的斜井模型建立中,往往是依据相同地层中直井的模型进行线性变换得到的,但是在真实地层中,盐岩层的蠕变特性,会受到各种因素的影响,例如深层的地应力,地心温度等,所以需要建立一种可以真实反应深层的斜井模型,为了解决上述的技术问题,本文实施例提供了以下方法。
97.如图1所示一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法的步骤示意图,所述方法可以包括:
98.步骤101、基于复合盐膏层中斜井的地质资料、工程资料和工况信息,确定所述斜井的二维纵向多层模型。
99.步骤102、确定复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律,并确定非所述盐岩层的材料属性。
100.步骤103、将所述二维纵向多层模型按照岩性分层,根据所述复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律配置所述二维纵向多层模型中盐岩层的蠕变规律,根据所述复合盐膏层中非所述盐岩层的材料属性配置所述二维纵向多层模型中非盐岩层的材料属性。
101.步骤104、向所述二维纵向多层模型施加应力,并对所述二维纵向多层模型中斜井的内壁施加钻井液压力,在施加应力和压力过程中,保持所述二维纵向多层模型变化后的尺寸不大于所述二维纵向多层模型的原始边界尺寸。
102.步骤105、确定所述二维纵向多层模型中斜井的内壁的位移,根据所述位移判断所述复合盐膏层中的所述斜井的阻卡情况。
103.根据上述步骤,可以实现根据地质资料、工程资料和工况信息,确定符合地层真实情况的模型,并针对性的将影响斜井内壁的盐岩层的蠕变规律确定,在将非盐岩层的材料属性确定,并可以模拟斜井在地下深层受到的纵向和横向的双向应力与钻井液所带来的压力,然后再施加完应力与压力后,可以针对性的判断模型中盐岩层中的斜井的位移,并根据位移判断模型中是否出现阻卡,指导实际中斜井的施工情况,例如更换钻井液。
104.作为本文的一种实施例,步骤102具体包括:
105.获取所述斜井所在复合盐膏层的若干盐岩层的盐岩样本。
106.将所述盐岩样本进行盐岩蠕变实验,确定所述盐岩层的蠕变规律。
107.在本步骤中,需要获取到复合盐膏层中的所有盐岩层的盐岩样本,即每一层的盐岩层都需要采集一块盐岩样本,该盐岩样本反映了对应的盐岩层的所有物理特性,例如蠕动规律,受到高温、高压等出现的复杂性蠕动特性。
108.需要说明的是,该蠕变规律可以起到建立盐岩层蠕变形状和时间的函数关系。
109.然后对每一个盐岩层的盐岩样本进行盐岩蠕变实验,将盐岩样本放置于模拟深层环境和条件下的实验系统中,该实验系统在各大高校中作为惯用实验手段,不在本文所要保护的范围之内,所以在本文就不再赘述。
110.通过本步骤可以实现对每一层的盐岩层都进行采样,并尽可能的模拟真实的盐岩样本的蠕变过程。
111.作为本文的一种实施例,步骤将所述盐岩样本进行盐岩蠕变实验,确定所述盐岩层的蠕变规律具体包括:
112.调整若干所述盐岩样本的围压和温度,得到所述盐岩样本的应变速率和围压的变换方程。
113.根据蠕变力学本构关系拟合所述变换方程,得到所述盐岩样本的蠕变系数与应力幂次。
114.将所述蠕变系数与所述应力幂次导入至蠕变力学平台,确定所述盐岩层的蠕变规律。
115.在本步骤中,可以考虑到盐岩层在不同的围压和温度条件下的蠕变行为,围压为样本所受的三向应力,以o-xyz坐标系表示其具体方向,因为盐岩具有较强的流变特性,且盐岩在复合盐膏层中所受力为三个方向,所以针对于某一个盐岩样本,需要改变围压,持续8小时以上,得到某一盐岩样本的稳态应变速率,需要说明的是某一样本其具体所处的深度是不同的,所以其所受的地心温度也是不同的,然后对复合盐膏层中的所有的盐岩样本都进行实验,可以建立起该复合盐膏层中的盐岩层的稳态应变速率和围压的应变方程,该应变方程中地心温度作为自变量存在其中,具体的应变方程现有的资料中已经有记载,所以本领域人员可以根据需要获取现有资料中的任何一种应变方程,本文在此不做限定,凡是可以建立稳态应变速率和围压的应变方程理应属于本文所给予的启示。
116.根据经典的蠕变力学本构关系,可以将稳态应变速率和围压的应变方程进行拟合分析,根据拟合完成的数据既可以得到反应复合盐膏层中的盐岩层的蠕变规律和参数,该蠕变规律和参数在本领域的非线性计算中叫做前置蠕变系数和应力幂次。
117.将前置蠕变系数和应力幂次导入至非线性的蠕变力学平台中,即可得到连续的盐岩层的蠕变规律,需要说明的是,在上述的步骤中,计算的全部都是离散型的参数,因为在盐岩样本的获取中,本技术只计算了有限的且不连续的几个盐岩样本,但是在实际计算中,需要根据离散的数据得到连续的数据,才可以进行实际计算以及应用,且该蠕变规律是可以是根据时间的函数。
118.在本步骤中,可以实现获取到反映真实的地下情况的盐岩层的蠕变规律。
119.作为本文的一种实施例,如图2所示一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法的二维纵向多层模型建立步骤示意图,步骤101具体包括:
120.步骤201、根据所述地质资料确定所述斜井所在的复合盐膏层的地层岩性。
121.步骤202、根据所述工程资料确定所述复合盐膏层的几何分布。
122.步骤203、根据所述斜井的工况信息确定所述斜井的井眼轨迹。
123.步骤204、根据所述复合盐膏层的地层岩性和几何分布,以及所述斜井的井眼轨迹,确定所述斜井的所述二维纵向多层模型。
124.需要说明的是,所述地质资料基于所述斜井所在油田的现场开发过程的地下测井和地震波反演成像得到,所述工程资料基于所述油田的钻井工程设计方案得到,所述井眼轨迹用于明确所述斜井的造斜段和斜井部分的倾斜角。
125.在步骤201中,可以通过复合盐膏层的勘探研究院的油田现场的勘探过程中的地下测井实验、地震波反演成像和地方地质局的地震数据等手段进行勘探,得到复合盐膏层的地层岩性,以及岩层的分布情况,例如第一层为泥岩层、第二层为盐岩层、第三层为膏盐
层、第四层为盐岩层等。
126.步骤202中,可以通过油田钻井的工程资料得到复合盐膏层的几何分布,例如第一层为泥岩层的长宽高的数值,第二层为盐岩层的长宽高的数值,第三层为膏盐层的长宽高的数值,第四层为盐岩层的长宽高的数值,通过步骤201和202可以大致的描绘出复合盐膏层的具体情况。
127.步骤203中,如图3所示一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法的井眼轨迹示意图,可以通过复合盐膏层的斜井的工况信息,获取斜井的井眼轨迹,需要说明的是,工况信息是勘探研究院对斜井的设计书,即根据本设计书,施工人员定向的构建出斜井,在本文中,需要关注的是斜井的造斜段和斜井部分的倾斜角,斜井的构建最开始一部分为直井,然后依次的在若干造斜段中增加斜井的倾斜角,例如以地面作为参考,第一造斜段为90
°
,第二造斜段为85
°
,第三造斜段为75
°
等,然后造斜段逐渐的减小与地面所成的夹角,或者增大倾斜角。
128.通过步骤203可以模拟斜井的倾斜角的造斜段和斜井的倾斜角,这对于纵向地应力非连续性分布的反演和预测,具有加强真实准确的效果
129.步骤204中,根据上述步骤201-步骤203,可以得到关于复合盐膏层和斜井的所有物理资料,根据上述的物理资料,可以建立起一个反映复合盐膏层和斜井的二维纵向多层模型,该模型可以反映出每一岩层的位置关系,以及复合盐膏层的尺寸,并可以反映出斜井的井眼轨迹,当然,在实际的模型中,按照模型的比例尺,往往复合盐膏层的尺寸远远大于斜井的尺寸,因为斜井的井筒直径一般为20厘米,而复合盐膏层为几千米,所以为了使模型更加直观,可以令二维纵向多层模型的长宽等比例缩小,并令斜井保持不变,这样可以令二维纵向多层模型的使用者更加的便于理解模型。
130.作为本文的一种实施例,在步骤104之前,还包括,如图7所示的一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法的应力施加示意图:
131.对所述二维纵向多层模型配置力边界条件和位移边界条件。
132.其中,所述力边界条件确定施加于所述二维纵向多层模型的应力的方向,并确定所述应力的数值。
133.所述位移边界条件确定所述二维纵向多层模型的所述原始边界尺寸。
134.在本步骤中,位移边界条件限定了二维纵向多层模型中每个岩层的位移,即控制每个岩层不会进行刚性横移,不会随着受力的过程出现位移的情况,不会超过或者大于二维纵向多层模型的原始边界尺寸,即保持二维纵向多层模型受力后的尺寸,然后针对性的将盐岩层进行限定。
135.因为二维纵向多层模型为二维的,所以对二维纵向多层模型施加的压力分为纵向和横向,需要说明的是,纵向压力为图示中的sv,横向压力为图中的shmin,本文中二维纵向多层模型左右两边的横向力大小一致,随着力边界条件的变化规律也一致,而二维纵向多层模型上下两边的纵向力与岩层的上覆层压力有关,且无论是纵向力还是横向力,其方向都是根据力边界条件的规定,与二维纵向多层模型的各个边垂直,且二维纵向多层模型左右两边的应力与深度有关的一次函数。
136.作为本文的一种实施例,步骤104具体包括:
137.根据所述力边界条件施加垂直于所述二维纵向多层模型的边界的应力,其中,所
述应力根据所述二维纵向多层模型的深度递增。
138.所述钻井液压力与所述二维纵向多层模型的深度、钻井液密度及重力加速度相关。
139.在本步骤中,将力按照垂直于二维纵向多层模型的上下左右的边界施加,且左右的边界是与二维纵向多层模型的深度有关,即p左右=ρgh,其中g为重力加速度,h为二维纵向多层模型的深度,ρ可以为钻井液密度。
140.钻井液压力根据公式p
钻井液
=ρ
钻井液
gh
斜井
,其中ρ
钻井液
为钻井液密度,g为重力加速度,h
斜井
为斜井深度。
141.在本步骤中,可以精确地对二维纵向多层模型施加应力,并可以模拟钻井液对盐岩层的内应力,全面的仿真了斜井所处的复合盐膏层的地下情况。
142.作为本文的一种实施例,步骤105具体包括:
143.根据所述蠕变规律和所述材料属性,确定所述二维纵向多层模型中井壁在所述盐岩层中的位移。
144.根据所述二维纵向多层模型中井壁在所述盐岩层中的位移,与所述二维纵向多层模型中斜井的井眼半径,计算所述二维纵向多层模型中各个盐岩层中井壁的缩径率。
145.若所述二维纵向多层模型中所述井壁的所述缩径率大于阻卡阈值,则所述复合盐膏层中的所述斜井出现阻卡现象。
146.在本步骤中,蠕变规律经过非线性的蠕变计算平台计算后,可以得到关于时间的函数,即盐岩层的蠕变不仅收到应力的作用,同样也受到时间的作用。
147.材料属性可以反映出非盐岩层的岩层的力学特性,但是需要说明的是,该非盐岩层不会蠕变,且对斜井的阻卡影响微乎其微,所以需要将直接影响斜井阻卡的因素单独处理,不会直接影响斜井阻卡的因素另外处理,可以假定非盐岩层为刚性的,非盐岩层会制约盐岩层的蠕动范围,通过这种方式会加强或者削减盐岩层对斜井的阻卡影响。
148.将蠕变规律、材料属性和二维纵向多层模型统一导入至非线性的计算平台中,即可得到二维纵向多层模型中盐岩层在水平方向的位移。
149.然后通过二维纵向多层模型中盐岩层在水平方向的位移,计算该盐岩层中的斜井的阻卡,将斜井的所有造斜段进行计算,可以得到一个二维纵向多层模型中所有的盐岩层中的位移,通过位移可以计算出二维纵向多层模型中斜井的某些段的阻卡。
150.具体的位移计算方法,可以是根据二维纵向多层模型中斜井的中轴线进行计算,例如最初始时,中轴线距离两边为10厘米,但是当施加完成力后,与两边的距离变为8厘米,所以位移为两厘米。
151.从工程现场实践经验得知,斜井的井壁的缩径率在5%-10%时,会出现阻卡现象,但是这种程度的阻卡是可以接受的,而阻卡率超过10%即会出现严重的阻卡现象,导致钻头无法进入斜井,无法按照既定的工况信息进行钻井,影响施工进度,所以将10%的阻卡率作为阻卡阈值,需要说明的是,本文的阻卡阈值并不限定具体的阻卡率,例如当阻卡要求严格的工程中,可以将5%的阻卡率作为阻卡阈值,本领域技术人员可以根据此得到技术启示,
152.作为本文的一个实施例,所述的复合盐膏层中斜井的阻卡评价方法,还可以包括以下步骤:
153.当所述二维纵向多层模型中所述井壁出现阻卡现象后,改变所述二维纵向多层模型中的所述钻井液压力。
154.计算所述二维纵向多层模型中所述井壁的缩径率,并判断所述缩径率和所述阻卡阈值的大小关系。
155.当所述井壁的所述缩径率小于所述阻卡阈值时,将对应的所述钻井液密度导出。
156.在本步骤中,斜井的阻卡现象以缩径率体现,而缩径率可以通过盐岩层内的井壁水平方向的收缩位移与经验半径的比值进行表征,当计算出盐岩层出现阻卡现象后,唯一可以改变的因素就是钻井液压力,所以根据公式p
钻井液
=ρ
钻井液
gh
斜井
,改变钻井液密度ρ
钻井液
,即更换钻井液,然后再次计算钻井液压力,和对二维纵向多层模型施加的压力计算盐岩层中斜井的缩径率,判断缩径率与阻卡阈值的大小关系,所以通过这种方式不断的调整钻井液密度,或者当斜井的施工现场出现阻卡时,且尚不得知钻井工程所用的钻井液密度时,采用二维纵向多层模型可以通过假定的钻井液密度进行计算,并结合现场实际缩径率进行校正。
157.通过上述本实施例的方法,将以往的斜井的复合盐膏层的特性中的蠕变特性进行严谨的实用,而不是基于简单的线性力学计算,并将斜井所处的地层深度、地心温度联立到模型中,可以确定地应力指定钻井液的密度,并利用二维纵向多层模型计算缩径率,另一方面,也可以指定缩径率,可确定控制蠕变所需要的钻井液密度。
158.如图4所示为本文实施例一种复合盐膏层中斜井的阻卡评价装置示意图,在本实施例中描述了如何建立二维纵向多层模型,并对二维纵向多层模型中的若干岩层进行分层,在分层后,确定盐岩层的蠕变规律并确定非盐岩层的材料属性,向二维纵向多层模型施加应力,并在施加完成后确定斜井的井壁的缩径率,判断缩径率与阻卡阈值的关系,确认是否出现阻卡,其中的部分功能部件可以通过软件实现,或者应用现有技术中的硬件电路、芯片等实现,具体包括:
159.模型建立单元401,用于基于复合盐膏层中斜井的地质资料、工程资料和工况信息,确定所述斜井的二维纵向多层模型。
160.属性确认单元402,用于确定复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律,并确定非所述盐岩层的材料属性。
161.分层赋值单元403,用于将所述二维纵向多层模型按照岩性分层,根据所述复合盐膏层中盐岩层的蠕变规律配置所述二维纵向多层模型中盐岩层的蠕变规律,根据所述复合盐膏层中非所述盐岩层的材料属性配置所述二维纵向多层模型中非盐岩层的材料属性。
162.压力施加单元404,用于向所述二维纵向多层模型施加应力,并对所述二维纵向多层模型中斜井的内壁施加钻井液压力,在施加应力和压力过程中,保持所述二维纵向多层模型变化后的尺寸不大于所述二维纵向多层模型的原始边界尺寸。
163.阻卡判断单元405,用于确定所述二维纵向多层模型中斜井的内壁的位移,根据所述位移判断所述复合盐膏层中的所述斜井的阻卡情况。
164.作为本文的一个实施例,如图5所示为一种复合盐膏层中斜井的建模和评价装置的模型建立单元示意图,模型建立单元401具体包括:
165.地层岩性确定模块4011,用于根据所述地质资料确定所述斜井所在的复合盐膏层的地层岩性。
166.几何分布确定模块4012,用于根据所述工程资料确定所述复合盐膏层的几何分布。
167.井眼轨迹确定模块4013,用于根据所述斜井的工况信息确定所述斜井的井眼轨迹。
168.模型确定模块4014,用于根据所述复合盐膏层的地层岩性和几何分布,以及所述斜井的井眼轨迹,确定所述斜井的所述二维纵向多层模型。
169.通过上述本文实施例的装置,将钻井的实际勘探过程的复合盐膏层的地层岩性和几何分布,以及斜井的井眼轨迹进行综合,得到精准反映复合盐膏层与斜井的二维纵向多层模型,该模型可以反映真实地层信息。
170.如图6所示,为本文实施例提供的一种计算机设备,所述计算机设备602可以包括一个或多个处理器604,诸如一个或多个中央处理单元(cpu),每个处理单元可以实现一个或多个硬件线程。计算机设备602还可以包括任何存储器606,其用于存储诸如代码、设置、数据等之类的任何种类的信息。非限制性的,比如,存储器606可以包括以下任一项或多种组合:任何类型的ram,任何类型的rom,闪存设备,硬盘,光盘等。更一般地,任何存储器都可以使用任何技术来存储信息。进一步地,任何存储器可以提供信息的易失性或非易失性保留。进一步地,任何存储器可以表示计算机设备602的固定或可移除部件。在一种情况下,当处理器604执行被存储在任何存储器或存储器的组合中的相关联的指令时,计算机设备602可以执行相关联指令的任一操作。计算机设备602还包括用于与任何存储器交互的一个或多个驱动机构608,诸如硬盘驱动机构、光盘驱动机构等。
171.计算机设备602还可以包括输入/输出模块610(i/o),其用于接收各种输入(经由输入设备612)和用于提供各种输出(经由输出设备614))。一个具体输出机构可以包括呈现设备616和相关联的图形用户接口(gui)618。在其他实施例中,还可以不包括输入/输出模块610(i/o)、输入设备612以及输出设备614,仅作为网络中的一台计算机设备。计算机设备602还可以包括一个或多个网络接口620,其用于经由一个或多个通信链路622与其他设备交换数据。一个或多个通信总线624将上文所描述的部件耦合在一起。
172.通信链路622可以以任何方式实现,例如,通过局域网、广域网(例如,因特网)、点对点连接等、或其任何组合。通信链路622可以包括由任何协议或协议组合支配的硬连线链路、无线链路、路由器、网关功能、名称服务器等的任何组合。
173.对应于图1-图3和图7中的方法,本文实施例还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器运行时执行上述方法的步骤。
174.本文实施例还提供一种计算机可读指令,其中当处理器执行所述指令时,其中的程序使得处理器执行如图1-图3和图7所示的方法。
175.应理解,在本文的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本文实施例的实施过程构成任何限定。
176.还应理解,在本文实施例中,术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系。例如,a和/或b,可以表示:单独存在a,同时存在a和b,单独存在b这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
177.本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本文的范围。
178.所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
179.在本文所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另外,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接,也可以是电的,机械的或其它的形式连接。
180.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本文实施例方案的目的。
181.另外,在本文各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
182.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本文的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分,或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本文各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:u盘、移动硬盘、只读存储器(rom,read-only memory)、随机存取存储器(ram,random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
183.本文中应用了具体实施例对本文的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本文的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本文的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本文的限制。
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