(19)中华 人民共和国 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 202111367946.8 (22)申请日 2021.11.18 (71)申请人 中煤科工集团西安研究院有限公司 地址 710077 陕西省西安市高新区锦业 一 路82号 (72)发明人 巩泽文　许耀波　李林　张东亮　 降文萍　王战锋　杜志强　徐建军　 (74)专利代理 机构 西安恒泰知识产权代理事务 所 61216 代理人 孙雅静 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种煤层水平井水平段井壁破裂压力计算 模型及获取方法 (57)摘要 本发明公开了一种煤层水平井水平段井壁 破裂压力计算模 型及获取方法， 所述的煤层水平 井水平段井壁破裂 压力Pf， MPa： 式中： σv为煤层水平井水平段井壁垂向主应力， MPa； σh为煤层水平井水平段井壁最小水平主应 力， MPa； σH为煤层水平井水平段井壁最大水平 主应力， MPa； α煤系为煤层水平 井水平段井壁地层 有效应力系数， 无量纲； Pp为煤层水平井水平段 井壁地层压力， MPa； St为煤层水平井水平段井壁 岩石抗张强度， MPa； 本发明对煤层水平井井壁受 力进行剖析， 有效的提高了煤层气煤层水平井水 平段井壁破裂压力预测的精确度， 为后续煤层气 水平井钻井施工和压 裂施工提供理论支撑 。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 114154311 A 2022.03.08 CN 114154311 A 1.一种煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 其特征在于， 所述的煤层水平井水 平段井壁破裂压力Pf， MPa： 式中： σv为煤层水平井水平段井壁垂向主应力， MPa； σh为煤层水平井水平段井壁最小水 平主应力， MPa； σH为煤层水平井水平段井壁最大水平主应力， MPa； α煤系为煤层水平井水平段 井壁地层有效应力系数， 无量纲； Pp为煤层水平井水平段井壁地层压力， MPa； St为煤层水平 井水平段井壁岩石抗张强度， MPa； A＝1‑2cos 2 θ‑2v cos 2 θ； B＝sin2β +2sin2β cos 2 θ +cos2β +2vsin2β cos 2 θ； C＝cos2β +2cos2β cos 2 θ +sin2β +2vcos2β cos 2 θ； D＝1‑2cos 2 θ +2v cos 2 θ； E＝sin2β +2sin2β cos 2 θ‑cos2β‑2vsin2β cos 2 θ； F＝cos2β +2cos2β cos 2 θ‑sin2β‑2vcos2β cos 2 θ； G＝2sinβ cos2β； 式中： v为煤层水平井水平段井壁岩石泊松比， 无量纲； β 为煤层水平井水平段井斜方位 角，°； θ 为煤层水平井水平段井周角， °。 2.根据权利要求1所述的煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 其特征在于， 所述 的煤层水平井水平段的井斜角γ为90 °。 3.根据权利要求1或2所述的煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 其特征在于， 所述的垂向主应力σv为： 式中： h1为煤层水平井一开地层垂直深度， m； h2为煤层水平井水平段井壁地层对应垂直 深度， m； ρ一开地层平均为煤层水平井一开地层平均体积密度， g/cm3； ρ 为煤层水平井井壁地层岩 石测井体积密度， g/cm3； g为重力加速度， 一般取9.8 m/s2； dh为煤层水平井地层垂直深度的 微分， m。 4.根据权利要求1或2所述的煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 其特征在于， 所述的σh和σH分别为： 式中： σv为煤层水平井水平段井壁垂向主应力， MPa； E为煤层水平井水平段井壁岩石杨 氏模量， MPa； v为煤层水平井水平段井壁岩石泊松比， 无量纲； α煤系为煤层水平井水平段井壁 地层有效应力系数， 无量纲； Pp为煤层水平井水平段井壁地层压力， MPa； εh为煤层水平井水 平段井壁最小水平主应力方向上的应变， 同一区块内为常数； εH为煤层水平井水平段井壁 最大水平主应力方向上的应 变， 同一区块内为常数。 5.根据权利要求1或2所述的煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 其特征在于， 所述的Pp为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114154311 A 2Pp＝P压力 梯度H； 式中： P压力梯度为煤层水平井水平段井壁地层压力梯度， MPa/m； H为煤层水平井水平段井 壁地层垂直深度， m。 6.根据权利要求1或2所述的煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 其特征在于， 所述的α煤系为： 式中： ρ 为煤层 水平井水平段井壁岩石测井体积密度， g/cm3； ρma为煤层水平井水平段井 壁岩石矿物骨架密度， g/cm3； DTS为煤层水平井水平段井壁地层横波时差， μs/ft； DTC为煤 层水平井水平段井 壁地层纵波时差， μs/ft； DTSma为煤层水平井水平段井 壁地层骨架横波时 差， μs/ft； DTCma为煤层水平井水平段井 壁地层骨架纵波时差， μs/ft； K为煤层水平井水平段 井壁岩石 形变系数， 无量纲， 砂 泥岩地层K＝1， 原生结构 煤和碎粒煤K＝0.5～1， 碎粒煤和糜 棱煤K＝0～0.5 。 7.根据权利要求1或2所述的煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 其特征在于， 所述的St为： 式中： E为煤层水平井水平段井壁岩石杨氏模量， MPa； Vsh为煤层水平井水平段井壁地层 泥质含量， ％。 8.根据权利要求1或2所述的煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 其特征在于， 所述的v为： 式中： DTS为煤层 水平井水平段井壁地层横波时差， μs/m； DTC为煤层 水平井水平段井壁 地层纵波时差， μs/m。 9.一种煤层水平井水平段井壁破裂压力获取 方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1， 建立煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型， 所述的煤层水平井水平段井壁 破裂压力计算模型为权利要求1所述的煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型； 步骤2， 获取： σv为煤层水平井水平段井壁垂向主应力， MPa； σh为煤层水平井水平段井壁 最小水平主应力， MPa； σH为煤层水平井水平段井壁最大水平主应力， MPa； α煤系为煤层水平井 水平段井壁地层有效应力系数， 无量纲； Pp为煤层水平井水平段井壁地层压力， MPa； St为煤 层水平井水平段井壁岩石抗张强度， MPa； v为煤层水平井水平段井壁岩石泊松比， 无量纲； β 为煤层水平井水平段井斜方位角， °； θ 为煤层水平井水平段井周角， °； 步骤3， 计算得到 煤层水平井水平段井壁破裂压力计算模型中参数A、 B、 C、 D、 E、 F和G； 步骤4， 通过步骤1的煤层水平井水平段井壁破裂压力 计算模型计算得到煤层水平井水 平段井壁破裂压力。 10.根据权利要求9中的煤层水平井水平段井壁破裂压力获取方法， 其特征在于， 所述 的垂向主应力σv为： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114154311 A 3