(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211267351.X (22)申请日 2022.10.17 (71)申请人 中国石油大 学 （北京） 地址 102249 北京市昌平区府学路18号 (72)发明人 刘英君　鲜成钢　李曹雄　申颍浩　 王小琼　张木杨　 (74)专利代理 机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 专利代理师 唐民 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 17/13(2006.01) G06Q 50/02(2012.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的 预测方法 (57)摘要 本发明属于石油与天然气开发领域， 公开了 一种各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的 预测方法， 主要针对非常规储层钻井过程中井壁 易失稳的科学难题， 建立一个考虑岩石各向异性 的任意定向井眼的应力模型， 引入Mogi ‑Coulomb 准则作为井眼的剪切破坏准则， 拉伸破坏准则作 为井眼张性破坏的破裂准则， 以及Jaeger弱面准 则处理储层弱面的剪切破坏， 考虑各向异性、 弱 面产状与井眼轨迹的影 响， 建立页岩 钻井液安全 泥浆密度窗口的计算模型， 进而提供一种准确预 测各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的新 方法， 为现场解决井壁失稳问题提供理论依据。 权利要求书3页 说明书11页 附图2页 CN 115481585 A 2022.12.16 CN 115481585 A 1.一种各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口 的预测方法， 包括： 根据远场地应力引起的各向异性储层井周应力分量和钻井引起的各向异性储层井周 应力分量确定各向异性储层井周总应力 分量， 其中， 所述钻井引起的各向异性储层井周应 力分量通过借助构建本构方程、 平衡方程、 协调应变方程、 应变 ‑位移的关系和边界条件进 行确定； 根据Mogi ‑Coulomb准则和所述各向异性储层井周总应力分量确定坍塌压力的当量密 度和漏失压力的当量密度， 根据拉伸破坏准则和所述各向异 性储层井周总应力分量确定张 性破裂压力的当量密度， 以建立初步的钻井液安全泥浆密度窗口； 根据Jaeger弱面破坏准则和所述各向异性储层井周总应力分量确定弱面滑动破坏的 临界压力的当量密度和完整岩石破坏的临界压力的当量密度， 以对所述钻井液安全泥浆密 度窗口进行约束。 2.根据权利要求1所述的各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的预测方法， 其中， 所 述钻井引起的各向异性储层井周应力 分量通过借助构建本构方程、 平衡方程、 协调应变方 程、 应变‑位移的关系和边界条件进行确定包括： 根据广义平面应 变公式确定所述本构方程； 在井眼的任意位置， 将所述本构方程中的各向异性储层的柔度张量矩阵旋转至井眼参 考坐标系下； 构建与所述钻井引起的各向异性储层井周应力分量相关的应力函数； 根据所述应力函数、 所述本构方程、 所述平衡方程和所述协调应变方程确定两个耦合 的六阶微分方程； 通过求解两个耦合的所述六阶微分方程得到对应的特征根和相关系数， 以确定所述钻 井引起的各向异性储层井周应力分量的精确解。 3.根据权利要求2所述的各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的预测方法， 其中， 所 述钻井引起的各向异性储层井周应力分量的精确解 为： 4.根据权利要求1所述的各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的预测方法， 其中， 所 述各向异性储层井周 总应力分量通过将所述远场地应力引起的各向异性储层井周应力分 量和所述钻井引起的各向异性储层井周应力分量相加求得。 5.根据权利要求1所述的各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的预测方法， 其中， 根 据Mogi‑Coulomb准则和所述各向异性储层井周总应力分量确 定坍塌压力的当量密度和漏权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115481585 A 2失压力的当量密度， 根据拉伸破坏准则和所述各向异性储层井周总应力分量确定张性破裂 压力的当量密度， 以建立初步的钻井液安全泥浆密度窗口包括： 将所述各向异性储层井周总应力分量 转化为主应力形式下的应力分量； 根据所述Mogi ‑Coulomb准则和所述主应力形式下的应力分量确定所述坍塌压力的当 量密度和所述漏失压力的当量密度， 根据所述拉伸破坏准则和所述主应力形式下的应力分 量确定所述张性破裂压力的当量密度； 将所述坍塌压力的当量密度与孔隙压力的当量密度的最高值作为所述钻井液安全泥 浆密度窗口的下阈值， 将所述漏失压力的当量密度与所述张性破裂压力的当量密度的最低 值作为所述钻井液安全泥浆密度窗口 的上阈值。 6.根据权利要求5所述的各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的预测方法， 其中， 所 述主应力形式下的应力分量 为： 所述Mogi ‑Coulomb准则为： 所述拉伸破坏准则为： Ff＝σ3+St＝0。 7.根据权利要求5所述的各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的预测方法， 其中， 根 据Jaeger弱面破坏准则和所述各向异性储层井周总应力分量确定弱面滑动破坏的临界压 力的当量密度和完整岩石破坏的临界压力的当量密度， 以对所述钻井液安全泥浆密度窗口 进行约束包括： 根据所述Jaeger弱面破坏准则和所述主应力形式下的应力分量确定所述弱面滑动破 坏的临界压力的当量密度和所述完整岩石破坏的临界压力的当量密度； 将所述弱面滑动破坏的临界压力的当量密度作为所述钻井液安全泥浆密度窗口的下 阈值的约束值， 将所述完整岩石破坏的临界压力的当量密度作为所述钻井液安全泥浆密度 窗口的上阈值的约束值。 8.根据权利要求7所述的各向异性储层钻井液安全泥浆密度窗口的预测方法， 其中， 建 立弱面滑动破坏的力学模型的条件为： 所述弱面滑动破坏的力学模型为： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115481585 A 3