一种基于构元分析模型确定煤层安全钻井液密度的方法

摘要

本发明为一种基于构元分析模型确定煤层安全钻井液密度的方法，煤层割理、裂隙发育，岩石脆性大、强度低，各向异性及非连续性显著，其井壁失稳特性不同于一般的砂岩地层，传统的基于连续介质力学的井壁稳定模型在解决煤层失稳问题时难以奏效。该发明将煤层视为由离散块体组成，通过分析夹在两个面割理之间、最容易发生崩落的煤块进行受力分析，由压应力、剪应力及井筒压力的受力平衡条件建立坍塌压力的构元分析模型，引入系数c来判断井眼压力与井壁稳定的关系，进而确定安全钻井液密度的范围。

主权项

1.一种煤层安全钻井液密度确定方法，其特征在于：若判断井眼压力与井壁稳定关系的系数c在整个井眼范围内恒正，安全钻井液密度大于坍塌压力最大值；若系数c在整个井眼范围内恒负，安全钻井液密度小于坍塌压力最小值；若系数c在整个井眼范围内正负变化，采用对井壁作象限划分来设计钻井液密度以避免敏感位置的坍塌；判断井眼压力与井壁稳定关系的系数c由割理间距、割理倾角、摩擦角及井眼尺寸4个客观因素确定，其计算式为：其中a为面割理间距，b为端割理间距，为面割理摩擦角，c₃₁、c₄₁、c₅₁均为构元分析模型中涉及的系数；所谓构元分析模型是指将煤层视为由离散块体组成，通过分析夹在两个面割理之间、最容易发生崩落的煤块进行受力分析，由压应力、剪应力及井筒压力的受力平衡条件建立坍塌压力的构元分析模型，进而确定安全钻井液密度的范围；系数c₃₁、c₄₁、c₅₁由以下公式确定，其中：r₃₁＝r_i+b/2，θ₃₁＝β₁，r₅₁＝r_i+b/2，θ₅₁＝β₁+a/r_i；r_i为井眼半径，θ₁为面割理倾角，θ₂为端割理倾角，β₁为煤块（1）右侧极角。