(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 202111673341.1 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 中国石油天然气集团有限公司 地址 100007 北京市东城区东 直门北大街9 号 申请人 中国石油集团工程 技术研究院有限 公司 (72)发明人 陈刚　杨恒林　袁光杰　夏焱　 付利　王元　冯明　郭凯杰　 孙钰淇　 (74)专利代理 机构 北京三友知识产权代理有限 公司 11127 专利代理师 杨丹　郝博 (51)Int.Cl. G01N 33/24(2006.01)G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于节理面粗糙度的井壁稳定模拟方法及 装置 (57)摘要 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。 权利要求书4页 说明书8页 附图3页 CN 114460267 A 2022.05.10 CN 114460267 A 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： 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： 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： 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权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114460267 A 2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： 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： 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：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114460267 A 3