表達水平井筒井壁應力變化的分析方法

表達水平井筒井壁應力變化的分析方法
【專利摘要】表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，屬于石油測井工程領域，通過圖示方式表達水平井眼中井壁上任意一點切向應力隨著井筒走向的變化而發生的變化，用平面展布圖的方式清晰的表達了水平井眼中井壁上所受切向應力的大小及變化規律，用來解釋水平井眼井壁產生誘導縫的方向。本發明適用于地下水平坑道，煤礦等行業領域中的研究；本發明是用圖示的方法表達了水平井眼井壁切向應力的分布情況，本發明同樣也適用于表達水平井眼井壁徑向應力的分布情況。
【專利說明】表達水平井筒井壁應力變化的分析方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，屬于石油測井工程領域，水 平井井壁應力分析與井眼穩定性的研究。

【背景技術】
[0002] 在垂直井眼中，誘導縫發育跟地應力密切相關；利用電成像測井資料可以識別鉆 井誘導縫的產狀，通過鉆井誘導縫的走向可以確定水平最大主應力的方向，使用統計頻率 方位圖或統計直方圖來表示。在水平井眼中，同樣可以利用電成像測井識別鉆井誘導縫，但 是水平井眼中的鉆井誘導縫的走向不能指示地層最大主應力的方向，2009年倪小明等人研 究了 I與II類煤中地應力與多分支水平井壁穩定性的關系，對水平井中井壁受力情況進行 了研究，該研究主要著重于煤井中井壁穩定性的研究，給出了不同方位井筒井壁切向應力 的數學表達公式，但是用圖示方式對水平井中井壁任意一點切向應力隨著井筒方向的變化 而發生的變化的表達方法還未有發現，該發明就是填補了這一空白。


【發明內容】

[0003] 本發明的目的是：提供表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，通過圖示方式表 達水平井眼中井壁上任意一點切向應力隨著井筒走向的變化而發生的變化，用平面展布圖 的方式清晰的表達了水平井眼中井壁上所受切向應力的大小及變化規律，用來解釋水平井 眼井壁產生誘導縫的方向。
[0004] 本發明采用的技術方案是：表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，含有以下步 驟：
[0005] 平井眼中井壁任一點所受切向應力為：
[0006] σ θ = σ v (l+cos2 Θ ) + ( σ hcos β + σ Hsin β ) (l_cos2 Θ ) ( I)
[0007] 式中，〇 e為切向應力，σν為垂直應力，〇h水平最小主應力，〇11為水平最大主應 力，θ為井壁任意一點與水平最小主應力的夾角，β為水平井眼與最大主應力夾角；
[0008] 分析水平井眼與水平最大主應力夾角分別從0°、10°、20°、……、90°，井壁上 0°到360°上各點切向應力的分布情況；堅直方向代表垂向應力方位，水平方向一個是代 表井筒與水平最大應力方向的夾角β (只討論〇?90°之間的變化，其它類推);每一個圓 形圈代表的是垂直于井軸的橫切面(井壁)，井壁上所受應力的大小用灰度表示，顏色越淺， 力的大小越小，顏色越深，力的大小越大；
[0009] 表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，含有以下步驟：坐標軸轉化為一個極坐 標軸，其刻度為〇°到360°，代表（1)式中的Θ角，圖中任意一點到原點的連線與水平方 向的夾角即（1)式中的β角，代表水平井眼的走向，圖中任意一點的灰度表示某水平井中 井壁上的某一點所受應力的大小，顏色越深代表應力越大，顏色越淺代表應力越小。
[0010] 分析表達了井眼與最大主應力呈不同方位時的井眼井壁切向應力分布情況，從圖 示可以得知：當井筒方位從0°到90°，水平井的兩側井壁（S卩Θ角為〇°和180° )所受 切向應力始終為最大且相等，頂部和底部（S卩Θ角為0°和180° )所受切向應力隨著井眼 方位的不同變化較大。
[0011] 本發明的有益效果：
[0012] 本發明適用于地下水平坑道，煤礦等行業領域中的研究；本發明是用圖示的方法 表達了水平井眼井壁切向應力的分布情況，本發明同樣也適用于表達水平井眼井壁徑向應 力的分布情況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以 及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解， 構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發 明的不當限定，如圖其中：
[0014] 圖1是水平井筒(方位從0°到90° )井壁（0°到360° )所受切向應力分布圖。
[0015] 圖2是水平井筒(方位從0°到90° )井壁（0°到360° )所受切向應力分布圖。

【具體實施方式】
[0016] 實施例1 :
[0017] 表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，含有以下步驟：
[0018] 步驟1、水平井眼中井壁任一點所受切向應力為：
[0019] σ θ = σ v (l+cos2 Θ ) + ( σ hcos β + 〇 Hsin β ) (l_cos2 Θ ) (I)
[0020] 式中，σ 0為切向應力，〇ν為垂直應力，〇h水平最小主應力，〇11為水平最大主應 力，Θ為井壁任意一點與水平最小主應力的夾角，β為水平井眼與最大主應力夾角；
[0021] 用附圖1的方式表達（1)式。附圖1是井眼與最大主應力呈不同方位時的井眼井 壁切向應力分布圖，水平井眼與水平最大主應力夾角分別從〇°、1〇°、20°、……、90°，井 壁上0°到360°上各點切向應力的分布情況；堅直方向代表垂向應力方位，水平方向一個 是代表井筒與水平最大應力方向的夾角β (只討論〇?90°之間的變化，其它類推);每一 個圓形圈代表的是垂直于井軸的橫切面(井壁)，井壁上所受應力的大小用灰度表示，顏色 越淺，力的大小越小，顏色越深，力的大小越大；
[0022] 用附圖2的方式表達（1)式。圖中坐標軸相當一個極坐標軸，其刻度為0°到 360°，代表（1)式中的Θ角，圖中任意一點到原點的連線與水平方向的夾角即（1)式中的 β角，代表水平井眼的走向，圖中任意一點的灰度表示某水平井中井壁上的某一點所受應 力的大小，顏色越深代表應力越大，顏色越淺代表應力越小。
[0023] 用圖1的方式表達了井眼與最大主應力呈不同方位時的井眼井壁切向應力分布 情況，從圖示可以得知：當井筒方位從0°到90°，水平井的兩側井壁（S卩Θ角為〇°和 180° )所受切向應力始終為最大且相等，頂部和底部（即Θ角為〇°和180° )所受切向應 力隨著井眼方位的不同變化較大。
[0024] 用圖2的方式同樣表達了井眼與最大主應力呈不同方位時的井眼井壁切向應力 分布情況，從圖示可以得知：當井筒方位從〇°到90° (即β角從0°到90° )，水平井的 兩側井壁（即Θ角為0°和180° )所受切向應力始終為最大且相等，頂部和底部（S卩Θ角 為90°和270° )所受切向應力隨著井眼方位的不同變化較大。
[0025] 實施例2 :
[0026] 譬如：當 〇v=50MPa，〇h=20MPa，〇 H=40MPaW，隨著 β 從 0。到 90°，以及 Θ 從 〇。 到360°，根據（1)式可以得到如下一組數據：

【權利要求】
1. 一種表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，其特征是含有以下步驟：通過圖示方 式表達水平井眼中井壁上任意一點切向應力隨著井筒走向的變化而發生的變化，用平面展 布圖的方式清晰的表達了水平井眼中井壁上所受切向應力的大小及變化規律，用來解釋水 平井眼井壁產生誘導縫的方向。
2. 根據權利要求1所述的一種表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，其特征是含有 以下步驟： 平井眼中井壁任一點所受切向應力為： σ θ = σ v (l+cos2 θ ) + ( σ hcos β + σ Hsin β ) (l-cos2 θ ) (1) 式中，σ e為切向應力，σν為垂直應力，〇h水平最小主應力，σΗ為水平最大主應力， Θ為井壁任意一點與水平最小主應力的夾角，β為水平井眼與最大主應力夾角； 分析水平井眼與水平最大主應力夾角分別從〇°、1〇°、20°、……、90°，井壁上0°到 360°上各點切向應力的分布情況；堅直方向代表垂向應力方位，水平方向一個是代表井筒 與水平最大應力方向的夾角β (只討論〇?90°之間的變化，其它類推);每一個圓形圈代 表的是垂直于井軸的橫切面(井壁)，井壁上所受應力的大小用灰度表示，顏色越淺，力的大 小越小，顏色越深，力的大小越大。
3. 根據權利要求1所述的一種表達水平井筒井壁應力變化的分析方法，其特征是含有 以下步驟： 坐標軸轉化為一個極坐標軸，其刻度為0°到360°，代表（1)式中的Θ角，圖中任意 一點到原點的連線與水平方向的夾角即（1)式中的β角，代表水平井眼的走向，圖中任意 一點的灰度表示某水平井中井壁上的某一點所受應力的大小，顏色越深代表應力越大，顏 色越淺代表應力越小。
【文檔編號】E21B47/06GK104234699SQ201310240773
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月18日 優先權日:2013年6月18日
【發明者】肖承文, 吳興能, 郭秀麗, 祁新中, 劉興禮, 張承森, 袁仕俊, 王宇 申請人:中國石油天然氣股份有限公司