(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 202210495962.3 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 266580 山东省青岛市黄岛区长江西 路66号 (72)发明人 刘增凯　马强　陈琦　史学伟　 韩忠昊　蔡宝平　张彦振　刘永红　 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 7/00(2006.01) E21B 47/00(2012.01) E21B 47/06(2012.01) G06F 111/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种多因素融合的井控风险动态定量评估 方法及系统 (57)摘要 本发明属于石油工程领域， 具体地， 涉及一 种多因素融合的井控风险动态定量评估方法及 系统。 多因素融合的井控风险动态定量评估方 法， 包含五个主要步骤： 地质数据收集与处理、 失 效数据采集与处理、 建立参数模型、 钻井井控风 险动态评估、 建立结构模型。 多因素融合的井控 风险动态定量评估系统， 包含五个部分： 数据收 集与分析子系统、 钻井设备状态监测子系统、 钻 井人员状态监测子系统、 钻井液监测子系统、 地 质数据收集与处 理子系统。 权利要求书8页 说明书11页 附图5页 CN 114819677 A 2022.07.29 CN 114819677 A 1.多因素融合的井控风险动态定量评估方法， 其特征在于： 包含五个主要步骤： 地质数 据收集与处理、 失效数据采集与处理、 建立参数模型、 钻井井控风险动态评估、 建立结构模 型； 地质数据收集与处 理的具体步骤为： S101： 从已经建立的钻井数据库中收集录井资料、 邻井测井资料、 压力测试资料以及岩 心试验资料等钻井资料 钻井地质力学参数模型可以表示为一维纵向上沿井深的剖面， 即地层压力剖面， 但是 更完整的钻井地质力学参数模型应该包含三 维区域特征。 这就需要由邻井钻完井报告及相 关实钻数据、 区域地震资料、 已钻井测 井资料、 随钻工程测量参数、 随钻测井资料以及钻井 日报等相关信息共同确定。 可以将整个钻井工程周期内的多源信息流划分为： 钻 前、 钻中和 钻后。 钻前信息主要包括： 区域地震资料、 邻井测 井、 岩心试验、 压力测试、 井史报告和事故 统计资料等； 钻中信息主要包括： 随钻测井工程等资料、 上部已钻井段的测井资料以及 钻井 作业过程中实时的综合录井资料等； 钻后信息包括： 实际操作与设计对比、 知识记录、 专家 学习等。 通过对整个周期内获取的所有 数据与信息进 行总结分析， 建立钻井工程数据库， 为 钻井方案的制定提供技 术支持。 S102： 通过对S101所收集的资料基于概率统计、 蒙特卡洛模拟等理论计算钻井地质力 学参数， 包括： 岩石力学参数、 地层压力以及地应力 钻井地质力学参数主要包括： 岩石力学参数、 地应力、 地层孔隙、 坍塌和破裂压力等。 在 钻井工程实际中， 由于钻井工程施工作业的特殊性， 以及受地质条件的不确定性、 作业环 境 因素的变异性、 施工方法和设计参数 的复杂性等多方面的影响， 这就导致在钻井作业施工 过程中会不时地碰到很多不确定因素， 钻井地质 力学参数 的预测结果存在不确定性， 与井 下实际信息之 间必然有误差。 当钻井工程设计不得不依靠这些不充分、 不完整、 不准确的信 息制定时， 就可能引发井涌、 井塌、 井漏、 卡钻等各类钻井工程风险。 通过收集区域地震资料 和已钻井测井资料、 完井资料等， 基于概率统计、 蒙特卡洛模拟等理论计算了钻井地质力学 参数。 主要实施方法： 根据邻井测井、 录井、 压力测试及岩心实验等资料， 计算区域内已钻井 的钻井地质力学参数， 基于概率统计分析、 蒙特卡洛模拟等理论， 建立含不确定度钻井地质 力学参数钻前描述方法， 得到单井含不确定度的地层孔隙压力、 坍塌 及破裂压力。 地球力学模型主要是由岩石力学特性(杨氏模量、 泊松比、 内聚力、 内摩擦角、 )和地质 力学参数(垂向应力或上覆岩层压力、 最大水平主应力、 最小水平主应力、 孔隙压力)组成。 地球力学模型 是定量风险评估的关键变量。 ⑴岩石力学 特性 ①杨氏模量和泊松比： 假设岩石是弹性各向同性的， 则弹性参数可以通过体积密度和 声波时间进行计算估计。 动态弹性模量和动态泊松比可表示 为： 其中E为杨氏模 量； μ是泊 松比； ρb是岩石体积密度， g/cm3； Δtc和Δts分别是纵波时差和权　利　要　求　书 1/8 页 2 CN 114819677 A 2横波时差 。 ②内聚力： 从纵波和横波时间差中识别出剪切波的存在可以揭示地层岩石的剪切变 形， 而岩石的压缩变形和剪切变形可以间接揭示其力学性质。 可以使用声 学、 密度和自然伽 马测井数据估计凝聚力： 其中C0是内聚力， MPa； vc是岩石的纵波速度； Vcl是泥浆含量， ％。 ③内摩擦角： 内摩擦角由声 波压缩速度确定， 可表示 为： 其中 是内摩擦角， °； Vp是声波压缩速度。 ④抗拉强度： 当样品中某个平面上的有效拉伸应力超过称为拉伸强度的临界极限时， 就会发生拉伸破坏。 抗拉强度是岩石的特性， 可表示 为： St＝(0.0045E(1‑Vcl)+0.008EVcl)/K 其中St是抗拉强度， MPa； K 是个常数， K＝8 ‑15。 ⑵地质力学参数 ①垂向应力(上覆岩层压力)： 垂向应力或上覆岩层压力是指地层岩石基质和孔隙中流 体的总重力所 形成的压力。 在深度H处， 垂直应力可表示 为： σv＝ ∫HHρbgdz 其中σv是垂向应力或上覆岩层压力， MPa； g是重力加速度， m/s2。 ②孔隙压力： 地层孔隙压力是指岩石孔隙中的流体所具有的压力Eaton法是目前钻井 最为常用的地层孔隙压力计算方法， 计算模型如下： 其中pp是孔隙压力， MPa； ph是静水压力， MPa； Δtcn是从纵波测井资料得到的正压实趋势 线； n是伊顿指数。 ③水平应力： 水平应力是上覆岩层压力在水平方向产生的侧压力和构造运动产生的构 造应力作用的结果， 由最大 水平主应力和最小水平主应力来表征， 具体 计算如下： 其中σH是最大水平主应力， MPa； σh是最小水平主应力， MPa； α 是Biot系数； εx和 εy是最小 和最大水平应力方向的应 变系数， 分别为0.0 005和0.0002。 由上述地球力学模型 可计算地层坍塌压力和破裂压力。 ⑶地层坍塌压力： 井眼形成后井壁周围的岩石应力集中， 当井壁围岩所受的切向应力 和径向应力的差值达到一定数值后， 将形成剪切破坏， 造成井眼坍塌， 此时的钻井液柱压力权　利　要　求　书 2/8 页 3 CN 114819677 A 3