一种用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法与流程

1.本发明涉及石油开采技术领域，尤其是涉及一种用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法。


背景技术：

2.在油气开采的钻井过程中，破裂压力对其十分重要，准确的破裂压力有助于优化钻井措施，还能够有效避免由于地层破裂而诱发产生的井漏、井喷、井壁垮塌、卡钻等事故。此外，破裂压力对完井工程、试油和水力压裂等也具有重要的指导作用。
3.在现有地层破裂压力研究技术中，国内外学者针对地层破裂压力开展了较为深入的研究，但目前针对裸眼水平井还少有涉及。因此，现有技术需要提供一种适用于裸眼水平井的地层破裂压力计算方案。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法，包括：基于岩石弹性力学理论，确定影响裸眼水平井压裂裂缝形成的初始影响因素，构建在所述初始影响因素的作用下的井周综合地应力场数学模型，所述数学模型用来表征裸眼水平井压裂裂缝起裂后井周不同位置点处的应力状态，其中，所述初始影响因素包括：封隔器引起的诱导应力、天然裂缝引起的诱导应力和先起裂裂缝引起的诱导应力；获取井周综合地应力场中任一测试点所受到的井壁最大拉应力，结合岩石张性破裂准则，采用迭代法，求解所述井周综合地应力场数学模型，得到当前测试点的破裂压力。
5.优选地，在建立所述井周综合地应力场数学模型过程中，包括：根据针对目标裸眼水平井的测井资料，收集基本参数；基于所述基本参数，根据所述初始影响因素，结合原始地层压力场，形成在所述初始影响因素的作用下表征裸眼水平井压裂裂缝起裂状态的井周综合地应力场物理模型；利用预设的直角坐标系和柱坐标系，将所述井周综合地应力场物理模型进行标定，依次建立由封隔器引起的第一类单点诱导应力模型、由天然裂缝引起的第二类单点诱导应力模型、由先起裂裂缝引起的第三类单点诱导应力模型、单点综合应力模型，从而形成井周综合地应力场数学模型。
6.优选地，将所述直角坐标系的x轴与水平井井筒方向对应标定，并将所述直角坐标系的y轴和z轴所构成的平面标定为垂直于井轴；将最大水平主应力方向与水平井井筒方向之间的夹角标定为所述柱坐标系的水平井方位角；所述直角坐标系的原点与所述柱坐标系的原点相重合。
7.优选地，第一类单点诱导应力模型利用如下表达式表示：
[0008][0009]
其中，分别表示在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上的由封隔器引起的诱导应力，p1表示井筒内净压力，pw表示井筒内井底液体压力，σh表示地层最大水平主应力，r1、r2、r3分别表示井周分布点距第一侧封隔器、坐标系原点、第二场封隔器的距离，θ1、θ2、θ3分别表示r1、r2、r3与x轴之间的夹角，表示当前分布点处由封隔器引起的剪切应力，c表示封隔器对压裂裂缝起裂的影响修正系数，ν表示岩石的泊松比。
[0010]
优选地，第二类单点诱导应力模型利用如下表达式表示：
[0011][0012]
其中，σ
z天然裂缝
、σ
x天然裂缝
、σ
y天然裂缝
分别表示在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上的由天然裂缝引起的诱导应力，p2表示天然裂缝内净压力，pw表示井筒内井底液体压力，σh表示地层最小水平主应力，r4、r5、r6分别表示井周分布点距天然裂缝第一尖端点、中心、第二尖端点的距离，c2表示天然裂缝半长，θ4、θ5、θ6分别表示r4、r5、r6与天然裂缝之间的夹角，τ
xy天然裂缝
表示当前分布点处由天然裂缝引起的剪切应力，ν表示岩石的泊松比。
[0013]
优选地，第三类单点诱导应力模型利用如下表达式表示：
[0014][0015]
其中，σ
z诱导
、σ
x诱导
、σ
y诱导
分别表示在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上的由先起裂裂缝引起的诱导应力，p表示先起裂裂缝内净压力，r
11
、r
12
、r
13
分别表示井周分布点距先起裂裂缝第一端尖端点、中心、第二端尖端点的距离，c1表示先起裂裂缝半长，θ7、θ8、θ9分别表示r
11
、r
12
、r
13
与先起裂裂缝之间的夹角，τ
xy诱导
表示先起裂裂缝引起的剪切应力，ν表示岩石的泊松比。
[0016]
优选地，所述单点综合应力模型和所述井周综合地应力场数学模型分别利用如下表达式表示：
[0017][0018][0019]
其中，σr、σ
θ
、σz分别表示井周综合应力场内不同位置点对应的径向应力、周向应力和垂向应力，τ
rθ
、τ
θz
分别表示rθ、θz方向上的剪切应力，r0、r分别表示井筒半径、和当前位置点离井轴中心的距离，pw表示井筒内井底液体压力，σv′
、σh′
、σh′
分别表示井周综合应力场内不同位置点在垂向主应力、最大水平主应力、最小水平主应力方向上的复合应力，θ表示井周角，c表示封隔器对压裂裂缝起裂的影响修正系数，ν表示岩石的泊松比，σv、σh、σh分别表示当前压裂段井周综合应力场对应的垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力，
分别表示井周综合应力场内不同位置点在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上由封隔器引起的诱导应力，σ
z天然裂缝
、σ
x天然裂缝
、σ
y天然裂缝
分别表示井周综合应力场内不同位置点在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上由天然裂缝引起的诱导应力，σ
z诱导
、σ
x诱导
、σ
y诱导
分别表示井周综合应力场内不同位置点在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上由先起裂裂缝引起的诱导应力。
[0020]
优选地，利用如下表达式计算井壁最大拉应力：
[0021][0022]
其中，θ表示当前测试点对应的井周角，σ
max
(θ)表示当前测试点受到的井壁最大拉应力，σz、τ
rθ
分别表示当前测试点沿井筒方向的轴向应力、以及rθ方向上的剪切应力，σ
θ
表示当前测试点在井周综合应力场内对应的周向应力。
[0023]
优选地，所述方法还包括：确定能够影响裸眼水平井破裂压力的若干指标，分别分析各指标对所述破裂压力的影响程度变化状态。
[0024]
优选地，所述影响修正系数的范围为0.9～1。
[0025]
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0026]
本发明公开了一种用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法。该方法包括：基于弹性力学理论，考虑封隔器、天然裂缝和先起裂裂缝的影响，建立裸眼水平井压裂裂缝起裂的数学模型；根据张性破裂准则和井壁处最大拉应力，采用迭代法求解数学模型，即可求得破裂压力。本发明考虑了封隔器、天然裂缝和先起裂裂缝的影响，计算得到的破裂压力更加接近实际破裂压力，能够为水力压裂等提供重要的技术支撑。并且，本发明采用解析解方法，使得计算更加方便快捷。另外，本发明利用各类影响因素相互之间影响关系分析结果，深入了解裸眼水平井裂缝起裂规律。
[0027]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0028]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0029]
图1是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的步骤图。
[0030]
图2是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的具体流程图。
[0031]
图3是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法中井周综合地应力场物理模型的示意图。
[0032]
图4是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法中对物理模型进行直角坐标系标定过程的原理示意图。
[0033]
图5是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法中对物理模型进行柱坐标系标定过程的原理示意图。
[0034]
图6是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一的井周综合地应力场物理模型示意图。
[0035]
图7是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中最大水平主应力对破裂压力的影响效果示意图。
[0036]
图8是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中最小水平主应力对破裂压力的影响效果示意图。
[0037]
图9是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中应力差对破裂压力的影响效果示意图。
[0038]
图10是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中泊松比对破裂压力的影响效果示意图。
[0039]
图11是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中天然裂缝半长对破裂压力的影响效果示意图。
[0040]
图12是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中抗张强度对破裂压力的影响效果示意图。
[0041]
图13是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中净压力对破裂压力的影响效果示意图。
[0042]
图14是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中先起裂裂缝半长对破裂压力的影响效果示意图。
[0043]
图15是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中先起裂裂缝与天然裂缝的间距对破裂压力的影响效果示意图。
具体实施方式
[0044]
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0045]
另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0046]
在油气开采的钻井过程中，破裂压力对其十分重要，准确的破裂压力有助于优化钻井措施，还能够有效避免由于地层破裂而诱发产生的井漏、井喷、井壁垮塌、卡钻等事故。此外，破裂压力对完井工程、试油和水力压裂等也具有重要的指导作用。
[0047]
在现有地层破裂压力研究技术中，国内外学者针对地层破裂压力开展了较为深入的研究，但目前针对裸眼水平井还少有涉及。
[0048]
因此，为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法。该方法基于岩石弹性力学理论，分析了影响裸眼水平井压裂裂缝形成的若干种初始影响因素，构建在初始影响因素作用下的井周综合地应力场数学模型，其中，该数学模型能够表征裸眼水平井压裂裂缝起裂后井周不同位置点处的应力状态；而后，计算井周综合地应力场中任一测试点所受到的井壁最大拉应力，结合岩石张性破裂准则，求解
前述数学模型，得到当前测试点处的破裂压力。这样，本发明在考虑了破裂压力封隔器、天然裂缝和先起裂裂缝的影响后，计算得到的破裂压力更接近实际破裂压力，能够为钻井、水力压裂等场景提供重要的技术支撑。
[0049]
图1是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的步骤图。图2是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的具体流程图。下面结合图1和图2对本发明所述的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法(以下简称“破裂压力计算方法”)进行说明。
[0050]
如图1所示，步骤s110基于岩石弹性力学理论，确定影响裸眼水平井压裂裂缝形成的若干种初始影响因素，构建在这些初始影响因素的作用下的井周综合地应力场数学模型。其中，井周综合地应力场数学模型用来表征裸眼水平井在压裂裂缝起裂后，井周不同位置(分布)点处的应力状态。需要说明的是，首先，在本发明实施例所述的井周综合地应力场数学模型中，每个井周位置分布点(以下简称“分布点”)处的(综合)应力状态，包括：直角坐标系下的径向应力、周向应力和垂向应力；以及，柱坐标系下的rθ、θz方向上的剪切应力。其次，在裸眼水平井环境下，井周不同位置处的应力状态，除了收到原始地应力的影响，还会受到若干种初始影响因素的影响，即还会受到当前分布点所在的井筒界面左右两侧相邻封隔器所引起的诱导应力的影响、当前分布点附近天然裂缝引起的诱导应力的影响、以及当前裂缝附近先起裂裂缝引起的诱导应力的影响。其中，针对同一压裂段，都会出现最易起裂的位置，这个位置即为先起裂裂缝位置，在该位置处便会形成先起裂裂缝，从而对后起裂裂缝产生影响。由此，在本发明实施例中，初始影响因素包括：封隔器引起的诱导应力、天然裂缝引起的诱导应力和先起裂裂缝引起的诱导应力。其中，在实际应用过程中，封隔器引起的诱导应力指的是裸眼井采用封隔器分段压裂过程中由于封隔器对井壁支撑所产生的诱导应力；天然裂缝引起的诱导应力指的是由于天然裂缝的弱面力学特征对地层所产生的诱导应力；先起裂裂缝引起的诱导应力指的是裸眼井压裂过程中会产生多条裂缝时，由于井筒力学强度的差异，多条裂缝会按先后顺序产生，其中，先起裂的裂缝对地层产生的诱导应力。
[0051]
因此，在本发明实施例所构建的井周综合地应力场数学模型中，各井周位置分布点处的压力状态，并不是仅针对原始地应力条件下的应力状态，而是在原始应力条件并结合若干种初始影响因素条件后的压力状态。这样，根据本发明所构建的井周综合地应力场数学模型所得到的各井周位置分布点处的压力状态更加接近于裸眼水平井场合下的实际井周压力分布特征。
[0052]
下面参考图2对本发明所述的井周综合地应力场数学模型的构建过程进行说明。第一步，根据针对目标裸眼水平井的测井资料，收集目标井的基本参数。其中，目标裸眼水平井(即目标井)指的是当前需要计算的裸眼水平井。在本发明实施例中，目标井的基本参数，优选为目标井内某一压裂段所对应的基本参数。其中，目标井的基本参数，包括：最大水平主应力、天然裂缝半长、最小水平主应力、垂向应力、天然裂缝与当前压裂段中心的距离、先起裂裂缝内的净压力、当前压裂段井周岩石的泊松比、先起裂裂缝半长、当前压裂段井周岩石的抗张强度、先起裂裂缝与当前压裂段中心的距离、和当前压裂段的半长。
[0053]
第二步，基于第一步得到的目标井基本参数，根据初始影响因素，结合原始地层压力场，形成在若干种初始影响因素的作用下表征目标裸眼水平井(中当前压裂段)压裂裂缝
起裂状态的井周综合地应力场物理模型。在第二步中，在构建井周综合地应力场物理模型过程中，主要对井周原始地应力、封隔器在井筒中的物理分布位置、该井段两侧封隔器的尺寸规格、天然裂缝起裂于井筒的具体位置、天然裂缝的尺寸形状、先起裂裂缝起裂于井筒的具体位置、以及先起裂裂缝的尺寸形状等物理特征参数进行分析，从而形成相应的三维模型，用来展示目标井在当前压裂段内的裂缝类型、裂缝起裂位置、各类裂缝的尺寸、井周应力环境等特征，参见图3。
[0054]
图3是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法中井周综合地应力场物理模型的示意图。图3展示了本发明所构建的井周综合地应力场物理模型的轴向侧视图，图3中，具体展示了当前压裂段所涉及的水平井筒、井筒内的封隔器、天然裂缝、先起裂裂缝、原始地应力场和诱导应力场。
[0055]
然后，第三步，利用预设的直角坐标系(x，y，z)和柱坐标系(r，θ，x)，将井周综合地应力场物理模型进行标定。具体地，在第三步中，一方面，需要利用预设的直角坐标系，将井周综合地应力场物理模型进行标定，同时，还需要利用预设的柱坐标系，将井周综合地应力场物理模型进行标定。图4是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法中对物理模型进行直角坐标系标定过程的原理示意图。参考图4，在本发明实施例中，在利用直角坐标系进行标定时，将直角坐标系的x轴标定为与目标裸眼水平井井筒方向相一致，并且，将直角坐标系的y轴和z轴所构成的平面标定为垂直于目标井的井轴。其中，σv、σh、σh分别表示当前压裂段的井周综合应力场所对应的原始地应力参数中的垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力。
[0056]
图5是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法中对物理模型进行柱坐标系标定过程的原理示意图。图5中的m-m截面为目标井的径向截面。参考图5，在本发明实施例中，在利用柱坐标系进行标定时，将目标井的最大水平主应力方向与水平井井筒方向之间的夹角标定为柱坐标系中的角度，即水平井方位角α(参考图4)。
[0057]
进一步，为了便于构建井周综合地应力场数学模型，在本发明实施例中，直角坐标系的原点与柱坐标系的原点是相重合的，并且，直角坐标系的x轴与柱坐标系的x轴也是相重合的。更进一步地说，这两种坐标系的原点优选地设置于当前压裂段的几何中心点处，即当前压裂段左右封隔器的中间位置处的径向截面中心点处。
[0058]
在将物理模型进行坐标系标定后，进入到第四步中。第四步，根据标定后的井周综合地应力场物理模型，依次建立由封隔器引起的第一类单点诱导应力模型、由天然裂缝引起的第二类单点诱导应力模型、由先起裂裂缝引起的第三类单点诱导应力模型，基于此，构建单点综合应力模型，从而形成井周综合地应力场数学模型。
[0059]
在第四步中，本发明实施例会分别建立针对每个井周位置分布点的第一类单点诱导应力模型(用来表示当前分布点所受到的在当前压裂段左、右两侧封隔器影响下的第一类诱导应力)、第二类单点诱导应力模型(用来表示当前分布点所受到的在当前压裂段起裂的天然裂缝影响下的第二类诱导应力)、以及第三类单点诱导应力模型(用来表示当前分布点所受到的在当前压裂段的先起裂裂缝影响下的第三类诱导应力)。
[0060]
进一步，第一类单点诱导应力模型利用如下表达式表示：
[0061][0062]
其中，分别表示当前分布点在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上的由封隔器引起的诱导应力，单位为mpa；p1表示井筒内净压力，单位为mpa；pw表示井筒内井底液体压力，单位为mpa，当地层破裂时，井筒内井底液体压力等于破裂压力；σh表示地层最大水平主应力，单位为mpa；r1、r2、r3分别表示井周分布点距第一侧封隔器、坐标系原点、第二场封隔器的距离，单位为m；θ1、θ2、θ3分别表示r1、r2、r3与x轴之间的夹角，单位为
°
；表示当前分布点处由封隔器引起的剪切应力，单位为mpa；c表示封隔器对当前压裂段对应的压裂裂缝起裂现象的影响修正系数；ν表示岩石的泊松比。需要说明的是，在本发明实施例中，封隔器对当前压裂段对应的压裂裂缝起裂现象的影响修正系数的范围，优选为0.9～1。
[0063]
进一步，第二类单点诱导应力模型利用如下表达式表示：
[0064][0065]
其中，σ
z天然裂缝
、σ
x天然裂缝
、σ
y天然裂缝
分别表示当前分布点在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上的由天然裂缝引起的诱导应力，单位为mpa；p2表示天然裂缝内净压力，单位为mpa；σh表示地层最小水平主应力，单位为mpa；r4、r5、r6分别表示井周分布点距天然
裂缝第一尖端点、中心点、第二尖端点的距离，单位为m；c2表示天然裂缝半长，单位为m；θ4、θ5、θ6分别表示r4、r5、r6与天然裂缝之间的夹角，单位为
°
；τ
xy天然裂缝
表示当前分布点处由天然裂缝引起的剪切应力，单位为mpa。需要说明的是，天然裂缝的第一尖端点和第二尖端点，分别指天然裂缝沿垂向方向所形成的截面中缝长度走向上的两侧尖端点。
[0066]
进一步，第三类单点诱导应力模型利用如下表达式表示：
[0067][0068]
其中，σ
z诱导
、σ
x诱导
、σ
y诱导
分别表示当前分布点在垂向、最大水平主应力和最小水平主应力方向上的由先起裂裂缝引起的诱导应力，单位为mpa；p表示先起裂裂缝内净压力，单位为mpa；r
11
、r
12
、r
13
分别表示井周分布点距先起裂裂缝第一尖端点、中心点、第二尖端点的距离，单位为m；c1表示先起裂裂缝半长，单位为m；θ7、θ8、θ9分别表示r
11
、r
12
、r
13
与先起裂裂缝之间的夹角，单位为
°
；τ
xy诱导
表示当前分布点处由先起裂裂缝引起的剪切应力，单位为mpa。需要说明的是，先起裂裂缝的第一尖端点和第二尖端点，分别指先起裂裂缝沿垂向方向所形成的截面中缝长度走向上的两侧尖端点。
[0069]
在构建完成不同类型的单点诱导应力模型后，进一步形成为单点综合应力模型。其中，单点综合应力模型利用如下表达式表示：
[0070][0071]
其中，σv、σh、σh分别表示井周综合应力场内不同井周位置分布点对应的原始地应力参数中的垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力，单位为mpa；σv′
、σh′
、σh′
分别表示井周综合应力场内不同位置点在垂向主应力、最大水平主应力、最小水平主应力方向上的复合应力，单位为mpa。而后，基于针对不同井周位置分布点在综合考虑了原始地应力、封隔器影响下产生的诱导应力、天然裂缝影响下产生的诱导应力、以及先起裂裂缝影响下产生的诱导应力之后，构建出了表征目标裸眼水平井压裂裂缝起裂状态的井周综合地应力场数学模型。
[0072]
其中，井周综合地应力场数学模型利用如下表达式表示：
[0073][0074]
其中，σr、σ
θ
、σz分别表示井周综合应力场内不同位置点对应的径向应力、周向应力和垂向应力，单位为mpa；τ
rθ
、τ
θz
分别表示井周不同分布点对应的在rθ、θz方向上的剪切应力，单位为mpa；r0、r分别表示井筒半径、和当前分布点离井轴中心的距离，单位为m；σv′
、σh′
、σh′
分别表示井周综合应力场内不同位置分布点在垂向主应力、最大水平主应力、最小水平主应力方向上的复合应力，单位为mpa；θ表示井周角，单位为
°
；ν表示岩石的泊松比；σv、σh、σh分别表示井周综合应力场内不同位置点对应的垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力。
[0075]
由此，通过上述步骤s110完成了针对井周综合地应力场数学模型的构建过程，从而进入到步骤s120中。
[0076]
继续参考图1和图2，获取井周综合地应力场中任一测试点所受到的井壁最大拉应力，结合岩石张性破裂准则，采用迭代法，求解步骤s110所构建的井周综合地应力场数学模型，得到当前测试点的破裂压力。
[0077]
在本发明实施例中，进入到步骤s120之后，便能够利用步骤s120对井周综合地应力场内的任一测试点的破裂压力进行检测。其中，井周综合地应力场指的是在井周的原始地应力场的基础上考虑了封隔器引起的诱导应力场、天然裂缝引起的诱导应力场和先起裂裂缝引起的诱导应力场所形成的复合应力状态下的应力场。
[0078]
在步骤s120中，首先需要利用最大拉应力计算式，计算出井周综合地应力场中任一测试点所受到的井壁最大拉应力。其中，最大拉应力计算式利用如下表达式表示：
[0079][0080]
其中，θ表示当前测试点对应的井周角，单位为
°
；σ
max
(θ)表示当前测试点受到的井壁最大拉应力，单位为mpa；σz、τ
rθ
分别表示当前测试点沿井筒方向的轴向应力、以及rθ方向上的剪切应力，单位为mpa；σ
θ
表示当前测试点在井周综合应力场内对应的周向应力。在通过上述表达式(6)计算出当前测试点所受到的井壁处的最大拉应力后，便得到了最大拉应力计算结果。
[0081]
而后，基于当前最大拉应力计算结果，利用岩石张性破裂准则，采用迭代法，求解步骤s110所构建的井周综合地应力场数学模型，得到了当前测试点处的破裂压力。具体地，
上述岩石张性破裂准则为：当井壁处岩石的拉伸应力达到并大于岩石的抗张强度时，岩石将产生断裂，形成初始裂缝。其中，岩石张性破裂准则利用如下表达式表示：
[0082]
σ
max
(θ)≥σ
t
ꢀꢀ
(7)
[0083]
其中，σ
t
表示岩石的抗张强度，单位为mpa。这样，本发明能够对井周任一测试点的破裂压力进行计算，得到更接近于实际破裂压力的数据。具体地，将上述表达式(1)～(5)代入表达式(6)中，并以表达式(7)作为破裂判别条件，求解目标变量破裂时的井底液体压力即破裂压力pw。
[0084]
由此，本发明利用上述步骤s110和步骤s120对目标裸眼水平井井周不同位置(测试)点的地层破裂压力进行计算，利用这些计算结果，对计算过程中不同过程参量对破裂压力的影响进行分析。
[0085]
具体地，在本发明所述的破裂压力计算方法还包括：步骤s130(未图示)确定能够影响裸眼水平井破裂压力的若干(待分析)指标，分别分析各指标对破裂压力的影响程度变化状态。其中，待分析指标可以选自：最大水平主应力、最小水平主应力、(最大最小水平主)应力差、泊松比、天然裂缝半长、抗张强度、先起裂裂缝内净压力、先起裂裂缝半长、和先起裂裂缝与天然裂缝的间距等中的一种或几种。这样，本发明利用对各因素对破裂压力的影响分析结果，能够明确裸眼水平井压裂裂缝的起裂规律，为后续压裂工艺参数的设计提供重要的技术支撑。
[0086]
实施例一
[0087]
本发明实施例一提供了上述破裂压力计算方法的一个具体应用实例，该方法所涉及的流程如下所示：
[0088]
首先，根据目标裸眼水平井的测井资料等信息，收集目标井的基本参数，所述基本参数，如表1所示。
[0089]
表1目标井的基本参数
[0090]
项目参数项目参数水平最大主应力100mpa天然裂缝半长10m水平最小主应力88mpa天然裂缝距压裂段中心的距离0m垂向应力93mpa先起裂裂缝净压力10mpa泊松比0.23先起裂裂缝半长30m抗张强度13mpa先起裂裂缝距压裂段中心的距离20m压裂段半长40m
‑‑
[0091]
其次，建立考虑封隔器、天然裂缝和先起裂裂缝的井周综合地应力场简化物理模型，参考图6。图6是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一的井周综合地应力场物理模型示意图。
[0092]
然后，根据表达式(1)～表达式(5)，建立裸眼水平井压裂裂缝起裂的数学模型(即井周综合地应力场数学模型)。
[0093]
接着，根据表达式(6)和表达式(7)，采用迭代法，求解井周综合地应力场数学模型，即可求得各井周位置分布点的破裂压力的平均值(作为目标井的破裂压力)，其中，破裂压力结果为124mpa。
[0094]
在实际应用过程中，对目标地层进行水力压裂测试，现场实测破裂压力为
122.6mpa。一方面表明，本发明破裂压力计算值的相对误差为1.15％，证明了本发明的准确性；另一方面表明，本发明考虑了封隔器、天然裂缝和先起裂裂缝的影响，计算得到的结果与实际测试的破裂压裂非常接近。
[0095]
最后，在本发明实施例一中，还可分析各(待分析)指标因素对破裂压力的影响：
[0096]
图7是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中最大水平主应力对破裂压力的影响效果示意图。图8是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中最小水平主应力对破裂压力的影响效果示意图。图9是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中应力差对破裂压力的影响效果示意图。图10是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中泊松比对破裂压力的影响效果示意图。如图7-10所示，为最大水平主应力、最小水平主应力、应力差和泊松比对实施例一的目标井的破裂压力的影响示意图。从图7-10可以看出，a点和b点两者破裂压力值大致相当，由于先起裂裂缝的位置距离b点更近，诱导应力的作用更大，b点破裂压力值略大于a点；最大水平主应力越大，破裂压力越高，封隔器处变化幅度较大，天然裂缝尖端处的变化幅度很小；最小水平主应力越大，破裂压力越高，封隔器处变化幅度不大，天然裂缝尖端处的变化幅度较大；应力差(最大与最小水平主应力之差)越大，破裂压力越大，封隔器处变化幅度较大，天然裂缝尖端处的变化幅度很小；泊松比的改变，对破裂压力的影响不大。
[0097]
图11是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中天然裂缝半长对破裂压力的影响效果示意图。图12是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中抗张强度对破裂压力的影响效果示意图。如图11-12所示，为天然裂缝半长和抗张强度对实施例一的目标井的破裂压力的影响示意图。从图11-12可以看出，天然裂缝半长越长，破裂压力越低；另外，随着抗张强度的增加，破裂压力也会升高。
[0098]
图13是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中净压力对破裂压力的影响效果示意图。图14是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中先起裂裂缝半长对破裂压力的影响效果示意图。图15是本技术实施例的用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法的实施例一中先起裂裂缝与天然裂缝的间距对破裂压力的影响效果示意图。如图13-15所示，为净压力(先起裂裂缝内净压力)、先起裂裂缝半长和先起裂裂缝距天然裂缝距离对实施例一的目标井的破裂压力的影响示意图。从图13-15可以看出，净压力越大，封隔器处和天然裂缝尖端处的破裂压力越大，但变化幅度很小；先起裂裂缝半长越大，封隔器处和天然裂缝尖端处的破裂压力越大，但破裂压力变化幅度较小；先起裂裂缝距天然裂缝距离越小(即先起裂裂缝距右侧封隔器距离越大)，由于先起裂裂缝产生的诱导应力作用，天然裂缝尖端处的破裂压力越大，封隔器处的破裂压力越小。
[0099]
此外，除了上述各(待分析)指标因素对破裂压力的影响外，还可以通过本发明实施例所述的上述破裂压力计算方法来分析应力差对临界天然裂缝半长的影响、先起裂裂缝距天然裂缝距离对临界天然裂缝半长的影响、先起裂裂缝内净压力对临界天然裂缝半长的影响、先起裂裂缝半长对临界天然裂缝半长的影响等等方面，从而对目标裸眼水平井的井周裂缝起裂规律进行更加深入的分析。
[0100]
本发明公开了一种用于计算裸眼水平井压裂裂缝破裂压力的方法。该方法包括：基于弹性力学理论，考虑封隔器、天然裂缝和先起裂裂缝的影响，建立裸眼水平井压裂裂缝起裂的数学模型；根据张性破裂准则和井壁处最大拉应力，采用迭代法求解数学模型，即可求得破裂压力。本发明考虑了封隔器、天然裂缝和先起裂裂缝的影响，计算得到的破裂压力更加接近实际破裂压力，能够为水力压裂等提供重要的技术支撑。并且，本发明采用解析解方法，使得计算更加方便快捷。另外，本发明利用各类影响因素相互之间影响关系分析结果，深入了解裸眼水平井裂缝起裂规律。
[0101]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
[0102]
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0103]
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0104]
虽然本发明所披露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。