CN106650036B

CN106650036B - 水平井钻井方法和装置

Info

Publication number: CN106650036B
Application number: CN201611087107.XA
Authority: CN
Inventors: 郭锐; 林鹤; 张宇生; 王玉柱; 刘伟
Original assignee: China National Petroleum Corp; BGP Inc
Current assignee: China National Petroleum Corp; BGP Inc
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2036-12-01
Also published as: CN106650036A

Abstract

本申请实施例提供了一种水平井钻井方法和装置，其中，该方法包括以下步骤：获取地震资料和测井资料；根据地震资料和测井资料，建立平衡控制差分方程、相容控制差分方程、单点应力应变方程和单井点约束条件方程；根据上述方程，建立地应力综合方程，进而建立目标函数；根据目标函数，进行地应力反演求解，得到目标地层的地应力；根据目标应力进行水平井钻井。由于该方案在通过连续介质平衡方程考虑了区域整体的应力分布的同时，通过单点物理方程考虑了局部扰动的影响，因而解决了现有的确定地应力方法存在的适用范围有限，确定地应力不准确、误差大的技术问题，达到了能较准确确定复杂地质条件下多尺度特征的目标地层的地应力目的。

Description

水平井钻井方法和装置

技术领域

本申请涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种水平井钻井方法和装置。

背景技术

在进行地球物理勘探的过程中，在进行水平井钻井时，往往需要获取目标地层的地应力作为水平井钻井的参考依据。例如，在具体进行页岩气勘探开发时，一般会先针对目标区域页岩储层特征的地应力进行综合预测，然后根据求解得到的地应力分布数据进行相应的页岩气勘探开发甜点预测、相应的压裂工程设计或者目标区域内的水平井钻井施工。

目前，常用的水平井钻井方法中用于确定目标地层的地应力的方法主要有以下两种方法：

第一种，基于单点应力-应变方程的应力计算方法(例如，可以包括各向异性法，板壳法等)。

该方法主要根据地应力的局部扰动，计算单点应力，即关注于地应力场的小尺度特征，进而确定待测区域的地应力。

然而，由于该方法只利用了单点物理关系进行预测。因此，得到的地应力结果整体趋势不明显，受地震资料品质影响较大，在对目标区域的整体地应力进行预测时，误差会相对比较大。

第二种，基于连续介质平衡方程的应力场模拟方法(例如：应力场建模方法)。

该方法主要根据地应力的整体趋势，计算整体的地应力场。即关注于地应力场的大尺度特征，进而确定待测区域的地应力。

然而，由于该方法主要考虑的是整体情况，具体实施时，往往还需要精细处理断层接触关系、裂缝特征及应力边界条件。因此，该方法往往只能提供一个较为光滑的应力预测结果，但是无法描述局部扰动特征，对于局部的预测结果往往不准确。

由上述分析可以看出，上述两种水平井钻井方法都存在适用范围有限，确定的地应力不准确、误差大的技术问题。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种水平井钻井方法和装置，以解决现有的水平井钻井方法中存在的适用范围有限，确定的地应力不准确、误差大的技术问题。

本申请实施例提供了一种水平井钻井方法，包括：

获取地震资料和测井资料；

根据所述地震资料和所述测井资料，建立平衡控制差分方程、相容控制差分方程、单点应力应变方程和单井点约束条件方程；

根据所述平衡控制差分方程、相容控制差分方程、所述单点应力应变方程和所述单井点约束条件方程，建立地应力综合方程；

根据所述地应力综合方程建立目标函数；

根据所述目标函数，进行地应力反演求解，得到目标地层的地应力；

根据所述目标地层的地应力，进行水平井钻井。

在一个实施方式中，所述平衡控制差分方程为：

其中，A为平衡控制差分方程算子，

为网格化的水平应力，B为相容控制差分方程算子，

为网格化的水平应变。

在一个实施方式中，所述单点应力应变方程为：

其中，R为坐标旋转矩阵，

为通过地层曲率估算的水平应变，M为HTI介质广义胡克矩阵，

为水平应力，v为泊松比，E为杨氏模量，

为上覆地层有效应力。

在一个实施方式中，所述单井点约束条件方程为：

其中，C为约束条件方程的采样矩阵，用于标示控制井点在网格划分中的位置，

为水平应力，σ_wellorfault为井点或者断层处的地应力解释结果。

在一个实施方式中，所述地应力综合方程为：

其中，A为平衡控制差分方程算子，

为网格化的水平应力，B为相容控制差分方程算子，

中的

为网格化的水平应变，R为坐标旋转矩阵，M为HTI介质的广义胡克矩阵，

为通过地层曲率估算的水平应变，v为泊松比，E为杨氏模量，为上覆地层有效应力，C为约束条件方程的采样矩阵，用于标示控制井点在网格划分中的位置，σ_wellorfault为井点或者断层处的地应力解释结果。

在一个实施方式中，所述目标函数为：

其中，所述

为目标函数值，W₁为平衡控制差分方程的权重，A为平衡控制差分方程算子，

为网格化的水平应力，W₂为相容控制差分方程的权重，B为相容控制差分方程算子，

中的

为网格化的水平应变，W₃为单点应力应变方程的权重，M为HTI介质的广义胡克矩阵，

为通过地层曲率估算的水平应变，R为坐标旋转矩阵，

为上覆地层有效应力，v为泊松比，E为杨氏模量，W₄为单井点约束条件方程的权重，C为约束条件方程的采样矩阵，用于标示控制井点在网格划分中的位置，σ_wellorfault为井点或者断层处的地应力解释结果。

在一个实施方式中，根据所述地震资料和所述测井资料，建立平衡控制差分方程、相容控制差分方程、单点应力应变方程和单井点约束条件方程，包括：

根据所述地震资料，计算得到参数数据和局部构造应变；

根据所述参数数据，建立所述平衡控制差分方程和所述相容控制差分方程；

根据所述局部构造应变和所述参数数据，建立所述单点应力应变方程；

根据所述测井资料，建立所述单井点约束条件方程。

在一个实施方式中，根据所述地震资料，计算得到参数数据，包括：

通过对所述地震资料进行叠前反演或叠后反演，确定杨氏模量和泊松比；

通过对所述地震资料进行分方位道集分析，确定地层各向异性柔度参数；

通过对所述地震资料中的地表高程、密度和速度进行分析，确定上覆压力和地层孔隙压力；

将所述杨氏模量、所述泊松比、所述地层各向异性柔度参数、所述上覆压力和所述地层孔隙压力，作为所述参数数据。

在一个实施方式中，根据所述地震资料，计算得到局部构造应变，包括：

根据所述地震资料，通过倾角扫描，确定目标地层的倾角；

根据所述目标地层的倾角，计算得到曲率；

根据所述曲率，求解得到目标地层的局部构造应变。

在一个实施方式中，根据所述测井资料，建立所述单井点约束条件方程，包括：

根据所述测井资料，得到单井点应力解释结果或断层应力解释结果；

以所述单井点应力解释结果或断层应力解释结果作为标定，建立所述单井点约束条件方程。

基于相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种水平井钻井装置，包括：

资料获取模块，用于获取地震资料和测井资料；

第一建立模块，用于根据所述地震资料和所述测井资料，建立平衡控制差分方程、相容控制差分方程、单点应力应变方程和单井点约束条件方程；

第二建立模块，用于根据所述平衡控制差分方程、所述单点应力应变方程和所述单井点约束条件方程，建立地应力综合方程；

第三建立模块，用于根据所述地应力综合方程建立目标函数；

求解模块，用于根据所述目标函数，进行地应力反演求解，得到目标地层的地应力；

施工模块，用于根据所述目标地层的地应力，进行水平井钻井。

在本申请实施例中，通过将单点物理方程和连续介质平衡方程相结合，建立地应力综合方程，再根据地应力综合方程得到的目标函数进行反演求解。即考虑了区域构造控制，同时又兼顾了目标地层各向异性及局部构造特征的影响。因而解决了现有方法中存在的确定地应力的适用范围有限，确定地应力不准确、误差大的技术问题，达到了能较准确确定复杂地质条件下多尺度特征的目标地层的地应力目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例的水平井钻井方法的处理流程图；

图2是根据本申请实施例的水平井钻井装置的组成结构图；

图3是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的流程示意图；

图4是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区目的层杨氏模量和泊松比反演结果；

图5是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区各向异性参数求取结果及方向分布；

图6是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区目的层段上覆地层压力及孔隙压力；

图7是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区目的层段南北及东西方向的地层倾角；

图8是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区目的层段地应力反演结果。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

考虑到现有的水平井钻井方法所存在的适用范围有限，确定的地应力不准确、误差大的技术问题。发明人考虑到可以在考虑区域构造控制的同时，兼顾目标地层各向异性及局部构造特征的影响，即可以将单点应力-应变方程和连续介质平衡方程相结合，进而建立地应力综合方程，然后再根据地应力综合方程具体求解目标地层的地应力。从而解决现有的确定地应力方法中存在的适用范围有限，确定地应力不准确、误差大的技术问题，以达到准确确定复杂地质条件下多尺度特征的目标地层的地应力的目的。

基于上述思考思路，本申请提供了一种水平井钻井方法。请参阅图1。本申请提供的水平井钻井方法，可以包括以下步骤。

步骤101：获取地震资料和测井资料。

步骤102：根据所述地震资料和所述测井资料，建立平衡控制差分方程、相容控制差分方程、单点应力应变方程和单井点约束条件方程。

在一个实施方式中，为了能建立可以较好地表征目标地层信息的平衡控制差分方程、相容控制差分方程、单点应力应变方程和单井点约束条件方程，具体可以按照以下步骤执行：

S1：根据所述地震资料，计算得到参数数据和局部构造应变。

在一个实施方式中，为了计算获得参数数据，具体可以：

S1.1-1：通过对所述地震资料进行叠前反演或叠后反演，确定杨氏模量和泊松比。

在本实施方式中，为了确定所述杨氏模量和泊松比，既可以通过对地震资料进行叠前反演获取，也可以通过对地震资料进行叠后反演获取，还可以将对地震资料的叠前反演和叠前正演相结合来求解待求数据。需要说明的是，上述三种获取方法均可以实现对待求数据的求解，但单独叠前反演或单独使用叠后反演，求解得到的结果可能一定程度会受叠前或者叠后反演结果精度的影响。对此，在可以接受的误差范围内，本申请对求解待求数据的方式不作限定。具体实施时，可以根据具体情况，按照具体要求，选择其中的一种求取待求数据的方法，以确定杨氏模量和泊松比。

S1.1-2：通过对所述地震资料进行分方位道集分析，确定地层各向异性柔度参数。

S1.1-3：通过对所述地震资料中的地表高程、密度和速度进行分析，确定上覆压力和地层孔隙压力。

在一个实施方式中，为了确定上覆压力和地层孔隙压力，具体实施时，可以：先根据地震资料，获得地表的高程、密度和速度的分析记过；再利用地表高程、密度及速度分析结果，结合Eaton或者Fillippone公式获取上覆压力及地层孔隙压力；

S1.1-4：将所述杨氏模量、所述泊松比、所述地层各向异性柔度参数、所述上覆压力和所述地层孔隙压力，作为所述参数数据。

在一个实施方式中，为了计算获得局部构造应变，具体可以：

S1.2-1：根据所述地震资料，通过倾角扫描，确定目标地层的倾角。

S1.2-2：根据所述目标地层的倾角，计算得到曲率。

S1.2-3：根据所述曲率，求解得到目标地层的局部构造应变。

在本实施方式中，之所以要求解计算地层各向异性柔度参数、曲率和局部构造等参数，是为考虑将地层各向异性柔度参数、曲率和局部构造等参数的影响，以建立合适的约束方程，对目标地层的地应力进行更为准确的求解。

在本实施方式中，需要说明的是，经过研究发现，在页岩探区往往应力历史复杂，局部构造发育，应力场空间变化剧烈；页岩储层表现为较强的各向异性特征；经过多期构造运动，多发育逆断层和走滑断层；这些复杂条件给地应力地震预测带来了很多困难。为了获得局部水平应变，基于板壳理论中的小挠度弯曲假设，水平应变与曲率之间存在关系ε_x＝h/r_x，ε_y＝h/r_y，ε_xy＝h/r_xy(h为板壳厚度)。因此结合线弹性公式可以推导出基于曲率的地应力分析公式：

其中r_x，r_y和r_xy为正曲率及切向曲率，为k地层参数，一般由岩心实验或测井解释结果进行标定。k取值与断层和褶皱发育有一定关系。实际上该方法主要通过分析地层局部褶皱弯曲的形变来分析引起的水平应力变化。根据上述公式可以按照上述步骤，再得到倾角之后可以直接计算得到曲率，然后依据板壳理论关系根据曲率，求解获得局部构造应变。

在本实施方式中，根据Schoenberg线性滑动理论，考虑页岩储层垂直裂缝发育引起的各向异性(HTI)，假设HTI主轴方向与x方向一致，这时介质的物理方程具体可以写为：

其中Z_N为地层各向异性柔度参数，该方法主要分析地层裂缝发育引起的各向异性造成的水平应力变化，基于双侧向约束假设(ε₁₁＝ε₂₂＝ε₁₂＝0)，并考虑孔隙压力及上覆地层压力的影响，可以做如下推导：

还需要补充说明的是，本申请中Z_N作为地层各向异性柔度参数与岩储层垂直裂缝发育引起的各向异性(HTI)具有相同的指示作用。

S2：根据所述参数数据，建立所述平衡控制差分方程和所述相容控制差分方程。

在一个实施方式中，考虑到地应力的整体趋势的影响，为了描述地应力场的大尺度特征，以实现可以根据本申请提供的确定地应力方法对目标地层整体地应力进行预测，需要建立平衡控制差分方程和相容控制差分方程，具体实施时可以：先根据所述参数数据，通过对目标地层水平方向上进行二维网格划分；根据划分后的数据，建立所述平衡控制差分方程和所述相容控制差分方程。

在一个实施方式中，所述平衡控制差分方程可以为：

其中，A为平衡控制差分方程算子，

为网格化的水平应力，B为相容控制差分方程算子，

为网格化的水平应变。

在一个实施方式中，所述二维网格的划分对建模结果有较大影响。假设水平层之间切向应力为零，则应力场在水平方向上满足平衡方程：

同时，应变场满足相容方程：

在有限差分求解过程中，首先将目的层网格化，划分为二维有限差分网格，每个格点的应力σ₁₁,σ₂₂,σ₁₂和应变ε₁₁,ε₂₂,ε₁₂满足差分关系：

差分格式可以写成矩阵方程形式即为上述平衡控制差分方程：(注：这里以有限差分求解方式为例介绍矩阵方程的建立，实际上有限元方法同样适用)

S3：根据所述局部构造应变和所述参数数据，建立所述单点应力应变方程。

在一个实施方式中，考虑到地应力的局部扰动，为了描述地应力场的小尺度特征，以实现可以根据本申请提供的确定地应力方法可以对单点的物理关系进行预测，所以需要建立单点应力应变方程。具体实施时，所述单点应力应变方程，可以为：

其中，R为坐标旋转矩阵，为通过地层曲率估算的水平应变，M为HTI介质广义胡克矩阵，

为水平应力，v为泊松比，E为杨氏模量，

为上覆地层有效应力。

在一个实施方式中，考虑考虑将平衡方程，相容方程，以及单点的物理方程结合起来，实现页岩储层的综合地应力反演。首先根据应力应变关系的物理方程，并将曲率法和各向异性法建立的应力关系综合起来，假设θ为HTI主轴方向与x轴方向的夹角，则可以得到关系：

简化后得到：

可以简写为矩阵形式，即为上述，单点应力应变方程：

其中，

S4：根据所述测井资料，建立所述单井点约束条件方程。

在一个实施方式中，为了对上述方程的求解进行约束，还需结合测井资料，建立单井点约束条件方程。具体实施时，可以是：

S4-1：根据测井资料，得到单井点应力解释结果或断层应力解释结果；

S4-2：以所述单井点应力解释结果或断层应力解释结果作为标定，建立所述单井点约束条件方程。

在一个实施方式中，所述单井点约束条件方程可以为：

其中，C为约束条件方程的采样矩阵，用于标示控制井点在网格划分中的位置，为水平应力，σ_wellorfault为井点或者断层处的地应力解释结果。

步骤103：根据所述平衡控制差分方程、相容控制差分方程、所述单点应力应变方程和所述单井点约束条件方程，建立地应力综合方程。

在一个实施方式中，为了在考虑了区域构造控制的同时，兼顾目标地层各向异性及局部构造特征的影响，可以将单点应力-应变方程和连续介质平衡方程相结合。即可以将上述建立的平衡控制差分方程、相容控制差分方程、所述单点应力应变方程和所述单井点约束条件方程组合起来，建立地应力综合方程，进行联合求解。

在一个实施方式中，将平衡控制差分方程、相容控制差分方程和单点应力应变方程相结合，同时考虑断层或者单井地应力测试结果，即以单井点约束条件方程作为边界约束，则得到地应力综合方程可以为：

其中，A为平衡控制差分方程算子，

为网格化的水平应力，B为相容控制差分方程算子，

中的

步骤104：根据所述地应力综合方程建立目标函数。

在一个实施方式中，为了根据所建立的地应力综合方程，求解得到目标地层的地应力场分布，可以根据地应力综合方程先在差分的格式上，建立相应的目标函数，再以该目标函数具体进行地应力场的求解。在本实施方式中，所述目标函数可以为：

其中，所述

中的

为网格化的水平应变，W₃为单点应力应变方程的权重，M为HTI介质的广义胡克矩阵，为通过地层曲率估算的水平应变，R为坐标旋转矩阵，

步骤105：根据所述目标函数，进行地应力反演求解，得到目标地层的地应力。

在一个实施方式中，为了对目标地层的地应力分布进行快速、准确地求解，具体实施时，可以根据所述目标函数，通过牛顿迭代法，进行地应力的反演求解，得到所述目标地层的地应力。从而，可以实现快速、准确地求解地应力的技术效果。需要说明的是，除了根据目标函数，通过牛顿迭代法，进行地应力的反演求解外，还可以通过高斯牛顿法，共轭梯度法，拟牛顿法等数值计算方法进行求解。具体实施时，可以根据具体情况，根据具体条件选择合适的数值计算方法进行地应力的求解。对此，本申请不作限定。

步骤106：根据所述目标地层的地应力，进行水平井钻井施工。

在一个实施方式中，为了根据目标地层的地应力，进行水平钻井施工，具体可以是：根据所述目标地层的地应力，通过对目标地层的地应力进行分析，获得地层最大主应力方向、岩石破裂压力、闭合压力、水平应力差异比等参数，以上述参数为水平井钻井施工参数设计和水力压裂方案优化等具体实施提供实施依据。

在本申请实施例中，通过将单点物理方程和连续介质平衡方程相结合，建立地应力综合方程，再根据地应力综合方程得到的目标函数进行反演求解。即考虑了区域构造控制，同时又兼顾了目标地层各向异性及局部构造特征的影响。因而解决了现有的确定地应力方法中存在的适用范围有限，确定地应力不准确、误差大的技术问题，达到了能较准确确定复杂地质条件下多尺度特征的目标地层的地应力目的。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种水平井钻井装置，如下面的实施例所述。由于装置解决问题的原理与水平井钻井方法相似，因此水平井钻井装置的实施可以参见水平井钻井方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。请参阅图2，是本发明实施例的水平井钻井装置的一种组成结构图，该装置可以包括：资料获取模块201、第一建立模块202第二建立模块203、第三建立模块204、求解模块205和施工模块206，下面对该结构进行具体说明。

资料获取模块201，用于获取地震资料和测井资料；

第一建立模块202，用于根据所述地震资料和所述测井资料，建立平衡控制差分方程、相容控制差分方程、单点应力应变方程和单井点约束条件方程；

第二建立模块203，用于根据所述平衡控制差分方程、所述单点应力应变方程和所述单井点约束条件方程，建立地应力综合方程；

第三建立模块204，用于根据所述地应力综合方程建立目标函数；

求解模块205，用于根据所述目标函数，进行地应力反演求解，得到目标地层的地应力；

施工模块206，用于根据所述目标地层的地应力，进行水平井钻井施工。

在一个实施方式中，第一建立模块202具体可以包括：

资料处理单元，用于根据所述地震资料，计算得到参数数据和局部构造应变。

第一建立单元，用于根据所述参数数据，建立所述平衡控制差分方程和所述相容控制差分方程。其中，所述平衡控制差分方程可以为：

式中，A为平衡控制差分方程算子，

为网格化的水平应力，B为相容控制差分方程算子，

为网格化的水平应变。

第二建立单元，用于根据所述局部构造应变和所述参数数据，建立所述单点应力应变方程。其中，所述单点应力应变方程可以为：

式中，R为坐标旋转矩阵，

为通过地层曲率估算的水平应变，M为HTI介质广义胡克矩阵，

为水平应力，v为泊松比，E为杨氏模量，

为上覆地层有效应力。

第三建立单元，用于根据所述测井资料，建立所述单井点约束条件方程。其中，所述单井点约束条件方程可以为：

式中，C为约束条件方程的采样矩阵，用于标示控制井点在网格划分中的位置，

在一个实施方式中，第二建立单元203具体可以用于将所述平衡控制差分方程、所述单点应力应变方程和所述单井点约束条件方程组合，建立联合求解的地应力综合方程，所述地应力综合方程可以为：

式中，A为平衡控制差分方程算子，为网格化的水平应力，B为相容控制差分方程算子，

中的

为通过地层曲率估算的水平应变，v为泊松比，E为杨氏模量，

为上覆地层有效应力，C为约束条件方程的采样矩阵，用于标示控制井点在网格划分中的位置，σ_wellorfault为井点或者断层处的地应力解释结果。

在一个实施方式中，第三建立模块204具体可以用于根据地应力综合方程建立用于求解目标地层地应力场的目标函数，所述目标函数可以为：

其中，所述

为网格化的水平应力，W₂为相容控制差分方程的权重，B为相容控制差分方程算子，中的

为通过地层曲率估算的水平应变，R为坐标旋转矩阵，

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，上述实施方式阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，在本说明书中，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

此外，在本说明书中，诸如第一和第二这样的形容词仅可以用于将一个元素或动作与另一元素或动作进行区分，而不必要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。在环境允许的情况下，参照元素或部件或步骤(等)不应解释为局限于仅元素、部件、或步骤中的一个，而可以是元素、部件、或步骤中的一个或多个等。

从以上的描述中，可以看出，本申请实施例提供的水平井钻井方法和装置相较于现有的水平井钻井方法，通过将单点物理方程和连续介质平衡方程相结合，建立地应力综合方程，再根据地应力综合方程得到的目标函数进行反演求解。由于考虑了区域构造控制的同时又兼顾了目标地层各向异性及局部构造特征的影响，因而解决了现有方法中存在的适用范围有限，确定地应力不准确、误差大的技术问题，达到了较准确确定复杂地质条件下多尺度特征的目标地层的地应力的目的；又由于通过牛顿迭代法对目标函数进行反演求解，实现了在保证所确定的地应力的准确性的同时，减少求解过程的计算量、提高施工效率的技术效果。

在一个具体的实施例中，应用本申请提供的水平井钻井方法/装置，对某地的页岩探区进行地应力预测。具体可以参照下面的方法执行。整体的执行处理流程可以参阅图3。

S1：对于某页岩探区，首先针对目的层反演获得储层杨氏模量及泊松比分布，为物理控制方程建立提供参数准备，具体结果可以参见图4。

S2：基于分方位道集处理及解释技术获得页岩储层各向异性参数及方向，可以参见图5，图5表示的是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区各向异性参数(柔度Z_N)求取结果及方向分布(箭头标示)。图中箭头指示HTI各向异性主轴方向，长度指示各向异性强度，背景等高线为各向异性参数。可以看到由于裂缝发育引起的页岩储层HTI各向异性在空间平面上的分布变化是比较剧烈的，这是导致局部应力场方向扰动的因素之一。需要说明的是，这里出现的HTI与地层各向异性柔度参数Z_N具有相同的指示性，因此这里用HTI代替表示本申请之前说明的地层各向异性柔度参数Z_N。

S3：基于三维速度、密度及地表高程资料，可以参阅图6，图6表示的是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区目的层段上覆地层压力及孔隙压力(其中，左图为上覆地层压力，右图为孔隙压力)。获得储层深度上覆地层压力(通过上覆岩层密度的积分得到，图6中的左图)及孔隙压力分布(结合Eaton方法预测获得，图6中的右图)。一般认为上覆地层压力和孔隙压力对主应力方向不造成影响，但在页岩储层地应力预测过程中，孔隙压力是重要的基础数据，直接影响主应力的数值大小。

S4：应用倾角扫描算法获取地层倾角，可以参阅图7，图7表示的是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区目的层段南北及东西方向的地层倾角(其中，左图为南北方向倾角，右图为东西方向倾角)。进而为预测局部曲率(局部构造变形)提供基础数据(其中，图7中的左图为南北方向地层倾角，图7中的右图为东西方向地层倾角)。地层局部构造造成的褶皱曲率变形是地应力场局部扰动的重要因素。

S5：针对目的层进行水平方向上二维网格划分，建立平衡控制方程，作为应力趋势背景的区域控制约束；同时基于前四步获得的页岩储层基本参数，建立平衡方程，获得地应力局部扰动约束；最终联合建立目标函数，进行地应力综合反演，获得所研究页岩探区目标储层地应力分布。

具体分布情况可以参阅图8，图8表示的是应用本申请实施例提供水平井钻井方法/装置的得到的某页岩探区目的层段地应力反演结果(图中，箭头标示最大主应力方向，背景色标为计算得到的水平应力差异比；其中，左图为地应力反演结果，右图地应力反演结果与压裂微地震定位结果对比，左图箭头指示主应力方向，长度指示主应力大小，背景为应力差比DHSR)。从预测结果可以看到，该地区页岩储层地应力分布方向整体趋势为东西向，这与该地区整体地质认识相一致；同时存在有局部扰动特征，在扰动区域(图8中的右图)主应力方向为北西向，从该区域三口水平井压裂微地震监测得到的微地震事件的展布方向来看，事件延伸方向为北西向，与预测得到的地应力局部扰动结果相一致。

通过上述实施例，验证了应用本申请提供的水平井钻井方法和装置，可以解决现有的确定地应力方法中存在的适用范围有限，确定地应力不准确、误差大的技术问题，达到能较准确确定复杂地质条件下多尺度特征的目标地层的地应力目的。

尽管本申请内容中提到不同的水平井钻井方法或装置，获取目标地层的地应力，但是，本申请并不局限于必须是行业标准或实施例所描述的情况等，某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、处理、输出、判断方式等的实施例，仍然可以属于本申请的可选实施方案范围之内。

虽然本申请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手段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。在实际中的装置或客户端产品执行时，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(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，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，例如多个模块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。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请。