CN114460267A - 基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法及装置 - Google Patents

基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法及装置，该方法包括：对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样获取多个井壁粗糙度；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量，判断井壁稳定模型是否稳定，可以提高井壁稳定性判断的准确性。

Description

基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法及装置
技术领域
本发明涉及非常规钻井工程技术领域，尤其涉及一种基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
井壁稳定是钻完井过程中需考虑的关键问题，由于页岩气储层中存在天然节理面，在钻井过程中容易发生滑移，产生掉块造成卡钻等钻井事故，处理卡钻事故增加钻井周期，降低钻井效率，增加钻井成本。通过钻前模拟分析，可以计算井壁处岩石滑移量，判断井壁是否发生失稳，帮助钻井工程师提前判断井下情况，制定安全钻井方案。
目前判断井壁稳定的方法主要分为：实验室模拟法，有限元预测法等。其中，实验室模拟法是通过实验室的大型设备制造井下复杂情况，然后模拟井下应力场，获得钻井前过程中井筒半径的变化量进行计算，此方法设备较为昂贵，且实验室模拟只能做到部分接近现场条件，仅可作为参考。有限元预测法是通过前期岩石力学实验获得岩石力学参数，将岩石力学参数带入建立的模型中，但无法模拟含有节理面的井壁失稳情况。
综上来看，亟需一种不同于现有技术的井壁稳定判断方法。
发明内容
本发明实施例提供一种基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法，用以提高井壁稳定性判断的准确性，减少井下事故发生，降低模拟成本，该方法包括：
对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；
根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；
根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；
根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；
获取多个井壁粗糙度，所述多个井壁粗糙度通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定。
本发明实施例还提供一种基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟装置，用以提高井壁稳定性判断的准确性，减少井下事故发生，降低模拟成本，该装置包括：
粗糙度计算模块，用于对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；
岩石力学参数计算模块，用于根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；
岩石物性参数计算模块，用于根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；
井壁稳定模型建立模块，用于根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；
获取与判断模块，用于获取多个井壁粗糙度，所述多个井壁粗糙度通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法。
本发明实施例中，对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；获取多个井壁粗糙度，所述多个井壁粗糙度通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定，可以提高井壁稳定性判断的准确性，减少井下事故发生，降低模拟成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法的处理流程图；
图2为本发明实施例中不同预设起伏角切割岩样的截面示意图；
图3A为本发明实施例中井壁稳定模型的一立体示意图；
图3B为本发明实施例中井壁稳定模型的一俯视图；
图4为本发明实施例中节理面粗糙度和/或节理面个数对井壁稳定影响的趋势图；
图5为本发明实施例中基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟装置的结构示意图；
图6为本发明一实施例的计算机设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1为本发明实施例中基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法的处理流程图。如图1所示，本发明实施例中基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法可以包括：
步骤101、对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；
步骤102、根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；
步骤103、根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；
步骤104、根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；
步骤105、获取多个井壁粗糙度，所述多个井壁粗糙度通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定。
首先可以对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；其中，节理面可以根据预设的起伏角切割岩样得到。在一个实施例中，所述节理面参数可以包括岩样的最大峰高和最大谷深。
现有的节理面制造方法通常采用相似材料利用模具对天然节理面进行浇筑，即将岩石摔裂为两半，一半具有纹理面的保留，在该半连接纹理面处浇筑出另一半模型，也就是人工制造出另一半节理模型，再将原带有纹理面的岩石与浇筑出的另一半拼接一块进行剪切实验。此方法较为复杂并且会消耗大量的制作材料，在剪切过程中，岩石除在节理面发生剪切破坏，其本体也会因节理面的断裂导致本体发生裂缝，从而间接影响剪切效果；此外，进行浇筑后的材料无法做到与岩石内部矿物组分相似，仅相对适用于干燥环境下的节理面分析，若对岩石进行溶液浸泡，无法保证浇筑材料浸泡后的反应状态与岩石相似，因而实验条件相对受限。
在本发明实施例中，通过人工切割岩样制造节理面能够较好地代表相应的节理面粗糙度，加工制作简单，不会消耗大量的制作材料，且在剪切过程中，岩样本体不会受节理面的切割导致本体发生裂缝，保证了剪切效果，使得剪切试验效果能够接近真实岩石剪切状态；此外，因具有纹理面的两部分材料相同，即使对岩石进行溶液浸泡，也能够保证材料浸泡后的反应状态一致，因而保障了实验条件；再者，通过人工切割，能够保障节理面不会出现尖角等大的倾角，使得剪切仪器能够顺利对其进行有效的剪切试验，进而对其进行有效的定量分析，具体实施时，例如可以根据预设的起伏角将岩样切割为锯齿形纹理，获得相应的节理面。
图2为本发明实施例中不同预设起伏角切割岩样的截面示意图，如图2所示，为便于计算节理面的粗糙度，可以根据预设的起伏角以锯齿形均匀切割岩样，通过设置不同起伏角度可以得到不同粗糙度的节理面；其中，起伏角度例如可以预设为：5°、15°或30°锯齿的宽度可以预设为10mm。
在一个实施例中，可以按照如下公式根据节理面参数计算节理面粗糙度：
Figure BDA0003450128070000051
其中，R为节理面粗糙度，L为岩样长度，y为岩样的高度，取值范围在最大峰高和最大谷深之间，dx为单位长度。
在根据节理面参数计算出节理面的粗糙度之后，可以根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力，并根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数。在一个实施例中，所述岩石力学参数包括岩样节理面的粘聚力和内摩擦角。
具体实施时，剪切试验步骤具体可以包括：
a、将含节理面的岩样放入岩石直剪仪中，根据试件形状和尺寸，选择相应的剪切模型。
b、将岩样放入剪切盒内，其中剪切盒分为上部剪切盒和下部剪切盒，下部剪切盒一般处于固定状态，在进行剪切作业时，移动上部剪切盒完成剪切作业，根据岩样尺寸，调整岩样放置高度，剪切仪的剪切缝隙与岩样的上下节理面的拟合缝隙处于同一水平位置。
c、放置上部剪切盒，依次在试件顶部放上含滚珠轴承的传力铁块。
d、在剪切盒的上部模具盒的水平端和垂直端各安装一个位移百分表，用来记录剪切过程中剪切和法向位移。位移表可固定在剪切仪的铁板处，但不可固定在剪切盒上，否则将失去记录效果。
e、通过千斤顶施加法向应力和剪切应力，法向载荷保持不变，逐级施加剪切载荷，由于起伏角度的不同，导致岩样达到极限峰值时刻的位移量不同，所以尽可能的采用较小的位移量进行定点记录，例如可以采用0.01-0.03mm/次的位移量进行定点记录，本实施方式优选采用0.02mm/次的记录方式进行记录。
通过按照上述步骤进行剪切实验可以获得岩样的法向应力和切向应力，然后根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的粘聚力和内摩擦角
在一个实施例中，可以按照如下公式根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的粘聚力：
Figure BDA0003450128070000061
其中，C为岩样节理面的粘聚力，σi为岩样的法向应力，τi为岩样的切向应力，i为为非负整数，从1开始取值，取值到n。
在一个实施例中，可以按照如下公式根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的内摩擦角：
Figure BDA0003450128070000062
其中，φ为岩样节理面的内摩擦角，σi为岩样的法向应力，τi为岩样的切向应力，i为为非负整数，从1开始取值，取值到n。
在获取到岩样的岩石力学参数之后，还可以根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数。在一个实施例中，所述岩石物性参数包括岩样的杨氏模量和泊松比。
在一个实施例中，可以按照如下公式根据岩样的轴向应力和轴向应变计算岩样的杨氏模量：
Figure BDA0003450128070000063
其中，E为岩样的杨氏模量，σa为岩样的轴向应力，εa为岩样的轴向应变，a为轴向的下标。
在一个实施例中，可以按照如下公式根据岩样的轴向应变和径向应变计算岩样的泊松比：
Figure BDA0003450128070000071
其中，V为岩样的泊松比，εr为岩样的径向应变，εa为岩样的轴向应变，a为轴向的下标，r为径向的下标。
由于钻井液可以流过节理面，所以建立井壁稳定模型还需要定义钻井液的参数，即流体参数。在获取到岩样的岩石物性参数之后，可以通过流体实验获取流体参数，其中流体参数可以包括：流体密度、流体体积模量、流体黏性等；然后可以结合上述步骤中分别得到的节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数，建立井壁稳定模型，用以研究节理面粗糙度对井壁稳定性的影响。
在一个实施例中，根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型，可以包括：采用三维离散元模拟3DEC软件，根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型。
图3A为本发明实施例中井壁稳定模型的一立体示意图。如图3A所示，通过三维离散元模拟3DEC软件的流固耦合方法，建立井壁稳定模型，例如可以建立1m×1m×0.1m的长方体基质岩石模型，设定井眼是半径为0.05m的圆，图3B为本发明实施例中井壁稳定模型的一俯视图。如图3B所示，考虑孔板效应、计算精确度以及计算量的大小，可以采用中心到两边由密到疏的四面体网格划分方法建立井壁稳定模型。
在建立井壁稳定模型之后，可以获取多个井壁粗糙度，其中，多个井壁粗糙度可以通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定。其中，通过改变预设的起伏角可以改变节理面的粗糙度。
图4为本发明实施例中节理面粗糙度和/或节理面个数对井壁稳定影响的趋势图。如图4所示，井壁处最大位移量，随着节理面个数的增加逐渐增大，并且随着粗糙度增大，井壁处最大位移量也相对减小；在实验过程中，由于节理面粗糙度增加，节理面的抗剪强度逐渐增加，在岩石自身强度参数特征保持不变的情况下，随着节理面粗糙度的增加，地层中节理面的抗剪切强度也逐渐增大，在地层应力保持不变的状态下，其井壁处最大位移量则相对减小；另一方面原因，节理面的粗糙度增加了岩石间的摩擦强度，在相同地应力的环境条件下，岩石更不易沿着节理面进行摩擦滑动，同样降低了井壁周围岩石的位移量。
在得到多个井壁粗糙度之后，可以将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量，根据多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定。
在一个实施例中，根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定，可以包括：在所述多个井壁岩石位移量均未超过预设阈值时，判断井壁稳定模型为稳定；在所述多个井壁岩石位移量中有超过预设数量的井壁岩石位移量超过预设阈值时，判断井壁稳定模型为不稳定。具体实施时，例如可以设置在所有井壁岩石位移量未超过井眼半径的10％时，判断井壁稳定模型为稳定；在有一个井壁岩石位移量超过井眼半径的10％时，即判断井壁稳定模型为不稳定。
本发明实施例中还提供了一种基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法相似，因此该装置的实施可以参见基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法的实施，重复之处不再赘述。
图5为本发明实施例中基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟装置的结构示意图。如图5所示，本发明实施例中基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟装置具体可以包括：
粗糙度计算模块501，用于对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；
岩石力学参数计算模块502，用于根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；
岩石物性参数计算模块503，用于根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；
井壁稳定模型建立模块504，用于根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；
获取与判断模块505，用于获取多个井壁粗糙度，所述多个井壁粗糙度通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定。
在一个实施例中，所述节理面参数包括岩样的最大峰高和最大谷深。
在一个实施例中，粗糙度计算模块501具体用于：按照如下公式根据节理面参数计算节理面粗糙度：
Figure BDA0003450128070000091
其中，R为节理面粗糙度，L为岩样长度，y为岩样的高度，取值范围在最大峰高和最大谷深之间，dx为单位长度。
在一个实施例中，所述岩石力学参数包括岩样节理面的粘聚力和内摩擦角。
在一个实施例中，岩石力学参数计算模块502具体用于：按照如下公式根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的粘聚力：
Figure BDA0003450128070000092
其中，C为岩样节理面的粘聚力，σi为岩样的法向应力，τi为岩样的切向应力，i为为非负整数，从1开始取值，取值到n。
在一个实施例中，岩石力学参数计算模块502具体用于：按照如下公式根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的内摩擦角：
Figure BDA0003450128070000093
其中，φ为岩样节理面的内摩擦角，σi为岩样的法向应力，τi为岩样的切向应力，i为为非负整数，从1开始取值，取值到n。
在一个实施例中，所述岩石物性参数包括岩样的杨氏模量和泊松比。
在一个实施例中，岩石物性参数计算模块503具体用于：按照如下公式根据岩样的轴向应力和轴向应变计算岩样的杨氏模量：
Figure BDA0003450128070000094
其中，E为岩样的杨氏模量，σa为岩样的轴向应力，εa为岩样的轴向应变，a为轴向的下标。
在一个实施例中，岩石物性参数计算模块503具体用于：按照如下公式根据岩样的轴向应变和径向应变计算岩样的泊松比：
Figure BDA0003450128070000101
其中，V为岩样的泊松比，εr为岩样的径向应变，εa为岩样的轴向应变，a为轴向的下标，r为径向的下标。
在一个实施例中，井壁稳定模型建立模块504具体用于：
采用三维离散元模拟软件3DEC，根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型。
在一个实施例中，获取与判断模块505具体用于：
在所述多个井壁岩石位移量均未超过预设阈值时，判断井壁稳定模型为稳定；
在所述多个井壁岩石位移量中有超过预设数量的井壁岩石位移量超过预设阈值时，判断井壁稳定模型为不稳定。
基于前述发明构思，如图6所示，本发明还提出了一种计算机设备600，包括存储器610、处理器620及存储在存储器610上并可在处理器620上运行的计算机程序630，所述处理器620执行所述计算机程序630时实现前述差错交易的处理方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法。
综上所述，本发明实施例中，对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；获取多个井壁粗糙度，所述多个井壁粗糙度通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定，可以提高井壁稳定性判断的准确性，减少井下事故发生，降低模拟成本。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法，其特征在于，包括：
对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；
根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；
根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；
根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；
获取多个井壁粗糙度，所述多个井壁粗糙度通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节理面参数包括岩样的最大峰高和最大谷深。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按照如下公式根据节理面参数计算节理面粗糙度：
Figure FDA0003450128060000011
其中，R为节理面粗糙度，L为岩样长度，y为岩样的高度，取值范围在最大峰高和最大谷深之间，dx为单位长度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩石力学参数包括岩样节理面的粘聚力和内摩擦角。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按照如下公式根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的粘聚力：
Figure FDA0003450128060000012
其中，C为岩样节理面的粘聚力，σi为岩样的法向应力，τi为岩样的切向应力，i为为非负整数，从1开始取值，取值到n。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按照如下公式根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的内摩擦角：
Figure FDA0003450128060000021
其中，φ为岩样节理面的内摩擦角，σi为岩样的法向应力，τi为岩样的切向应力，i为为非负整数，从1开始取值，取值到n。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩石物性参数包括岩样的杨氏模量和泊松比。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，按照如下公式根据岩样的轴向应力和轴向应变计算岩样的杨氏模量：
Figure FDA0003450128060000022
其中，E为岩样的杨氏模量，σa为岩样的轴向应力，εa为岩样的轴向应变，a为轴向的下标。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，按照如下公式根据岩样的轴向应变和径向应变计算岩样的泊松比：
Figure FDA0003450128060000023
其中，V为岩样的泊松比，εr为岩样的径向应变，εa为岩样的轴向应变，a为轴向的下标，r为径向的下标。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型，包括：
采用三维离散元模拟软件3DEC，根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定，包括：
在所述多个井壁岩石位移量均未超过预设阈值时，判断井壁稳定模型为稳定；
在所述多个井壁岩石位移量中有超过预设数量的井壁岩石位移量超过预设阈值时，判断井壁稳定模型为不稳定。
12.一种基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟装置，其特征在于，包括：
粗糙度计算模块，用于对节理面进行三维轮廓扫描获取节理面参数，根据节理面参数计算节理面的粗糙度；所述节理面根据预设的起伏角切割岩样得到；
岩石力学参数计算模块，用于根据剪切试验获取的岩样的法向应力和切向应力计算岩样的岩石力学参数；
岩石物性参数计算模块，用于根据岩石力学三轴实验获取的岩样的轴向应力、轴向应变和径向应变计算岩样的岩石物性参数；
井壁稳定模型建立模块，用于根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型；
获取与判断模块，用于获取多个井壁粗糙度，所述多个井壁粗糙度通过改变起伏角和/或节理面个数多次切割岩样得到；将所述多个井壁粗糙度分别输入井壁稳定模型，获得多个井壁岩石位移量；根据所述多个井壁岩石位移量判断井壁稳定模型是否稳定。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述节理面参数包括岩样的最大峰高和最大谷深。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，粗糙度计算模块具体用于：按照如下公式根据节理面参数计算节理面粗糙度：
Figure FDA0003450128060000031
其中，R为节理面粗糙度，L为岩样长度，y为岩样的高度，取值范围在最大峰高和最大谷深之间，dx为单位长度。
15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述岩石力学参数包括岩样节理面的粘聚力和内摩擦角。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，岩石力学参数计算模块具体用于：按照如下公式根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的粘聚力：
Figure FDA0003450128060000041
其中，C为岩样节理面的粘聚力，σi为岩样的法向应力，τi为岩样的切向应力，i为为非负整数，从1开始取值，取值到n。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，岩石力学参数计算模块具体用于：按照如下公式根据岩样的法向应力和切向应力计算岩样节理面的内摩擦角：
Figure FDA0003450128060000042
其中，φ为岩样节理面的内摩擦角，σi为岩样的法向应力，τi为岩样的切向应力，i为为非负整数，从1开始取值，取值到n。
18.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述岩石物性参数包括岩样的杨氏模量和泊松比。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，岩石物性参数计算模块具体用于：按照如下公式根据岩样的轴向应力和轴向应变计算岩样的杨氏模量：
Figure FDA0003450128060000043
其中，E为岩样的杨氏模量，σa为岩样的轴向应力，εa为岩样的轴向应变，a为轴向的下标。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，岩石物性参数计算模块具体用于：按照如下公式根据岩样的轴向应变和径向应变计算岩样的泊松比：
Figure FDA0003450128060000044
其中，V为岩样的泊松比，εr为岩样的径向应变，εa为岩样的轴向应变，a为轴向的下标，r为径向的下标。
21.如权利要求12所述的装置，其特征在于，井壁稳定模型建立模块具体用于：
采用三维离散元模拟软件3DEC，根据节理面的粗糙度、岩石力学参数、岩石物性参数和流体实验获取的流体参数，建立井壁稳定模型。
22.如权利要求12所述的装置，其特征在于，获取与判断模块具体用于：
在所述多个井壁岩石位移量均未超过预设阈值时，判断井壁稳定模型为稳定；
在所述多个井壁岩石位移量中有超过预设数量的井壁岩石位移量超过预设阈值时，判断井壁稳定模型为不稳定。
23.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至11任一所述方法。
24.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至11任一所述方法。
25.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至11任一所述方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115388817A (zh) * 2022-10-27 2022-11-25 山东微晶自动化有限公司 基于图像处理分析实现铸造件打磨质量检测的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108952659A (zh) * 2018-07-11 2018-12-07 中国石油大学(北京) 可视化超临界二氧化碳压裂物理模拟试验方法
CN110259443A (zh) * 2019-07-12 2019-09-20 西南石油大学 一种基于3dec离散元的煤层井壁稳定性预测方法
CN111290272A (zh) * 2020-02-15 2020-06-16 中国海洋大学 基于多足机器人的姿态平稳性调整方法
CN111999163A (zh) * 2019-05-27 2020-11-27 中国石油天然气集团有限公司 评价岩石脆性的方法及装置
CN112836944A (zh) * 2021-01-18 2021-05-25 西南石油大学 一种深井、超深井井壁稳定评价模型的建立方法
CN113252460A (zh) * 2021-05-20 2021-08-13 华美孚泰油气增产技术服务有限责任公司 一种页岩气储层中压裂液运移微观可视化实验装置及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108952659A (zh) * 2018-07-11 2018-12-07 中国石油大学(北京) 可视化超临界二氧化碳压裂物理模拟试验方法
CN111999163A (zh) * 2019-05-27 2020-11-27 中国石油天然气集团有限公司 评价岩石脆性的方法及装置
CN110259443A (zh) * 2019-07-12 2019-09-20 西南石油大学 一种基于3dec离散元的煤层井壁稳定性预测方法
CN111290272A (zh) * 2020-02-15 2020-06-16 中国海洋大学 基于多足机器人的姿态平稳性调整方法
CN112836944A (zh) * 2021-01-18 2021-05-25 西南石油大学 一种深井、超深井井壁稳定评价模型的建立方法
CN113252460A (zh) * 2021-05-20 2021-08-13 华美孚泰油气增产技术服务有限责任公司 一种页岩气储层中压裂液运移微观可视化实验装置及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.H. KIM: "The determination of joint roughness coefficient using three-dimensional models for slope stability analysis", AUSTRALIAN CENTRE FOR GEOMECHANICS, pages 281 - 292 *
孙正财: "煤层气井割理煤岩井壁稳定性影响因素分析", 煤炭科学技术, vol. 46, no. 04, pages 117 - 122 *
杨旭;石祥超;孟英峰;李皋;: "深部煤层力学参数反演和气体钻井井壁稳定性", 地下空间与工程学报, vol. 13, no. 02, pages 374 - 380 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115388817A (zh) * 2022-10-27 2022-11-25 山东微晶自动化有限公司 基于图像处理分析实现铸造件打磨质量检测的方法

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