從套管靴到地表的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析的制作方法【專利摘要】一種設(shè)計(jì)井控操作的方法，包括獲得與圍繞井的地層有關(guān)的地下數(shù)據(jù)，基于該地下數(shù)據(jù)建立地層的地質(zhì)力學(xué)模型，獲得與井控操作有關(guān)的操作數(shù)據(jù)，在處理器上執(zhí)行地層的水力壓裂模擬，其中該模擬基于該操作數(shù)據(jù)和該地質(zhì)力學(xué)模型，以及確定用于裂縫破裂到地層的上表面所需流體的估計(jì)體積?！緦＠f明】從套管靴到地表的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析【
背景技術(shù)：
】[0001]在壓井(wellkill)或者控制操作期間存在產(chǎn)生淺水力壓裂裂縫破裂到地表或者海床的嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)在鉆井時(shí)碰到淺層氣時(shí)，重泥漿被泵送到井中用于井控(wellcontrol)。重泥漿的注入導(dǎo)致壓力聚集在井下且在大多數(shù)情況下，壓力可能超過地層壓裂梯度，從而導(dǎo)致地層的水力壓裂裂縫。而且，隨著一些注入的泥漿進(jìn)入到新產(chǎn)生的裂縫，裂縫可能變得更大。如果大體積的重泥漿被泵送到井中，水力壓裂裂縫可能到達(dá)地表或者海床，從而在裝備附近的地表或者海床上產(chǎn)生陷口(crater)或凹陷。在這種情況下，平臺(tái)穩(wěn)定性可能被破壞。而且，到地表或者海床的裂縫裂口可能導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境沖擊。上述情況的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于可能具有高概率碰到淺層氣的井和/或當(dāng)由弱和/或未固結(jié)的地層所表征的超負(fù)荷的井來說尤其大。【專利附圖】【附圖說明】[0002]圖1示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的包括鉆井子系統(tǒng)的系統(tǒng)。[0003]圖2示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的用于確定用于井控操作的操作參數(shù)的系統(tǒng)。[0004]圖3示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的用于確定用于井控操作的操作參數(shù)的方法的流程圖。[0005]圖4示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的用于獲得操作數(shù)據(jù)的流程圖。[0006]圖5示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的用于獲得與圍繞井的地層相關(guān)的地下(sub-surface)數(shù)據(jù)的流程圖。[0007]圖6示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的用于確定在壓井操作期間用于裂縫破裂到地表或海床所需泥漿的體積的方法的流程圖。[0008]圖7A-7B示出了本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的操作數(shù)據(jù)和地質(zhì)力學(xué)(geomechanical)數(shù)據(jù)的實(shí)例。[0009]圖8A-8C示出了本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的水力壓裂的地質(zhì)力學(xué)模型和模擬的實(shí)例。[0010]圖9A-9C示出了本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的水力壓裂的地質(zhì)力學(xué)模型和模擬的實(shí)例。[0011]圖10A-10C示出了本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的水力壓裂的地質(zhì)力學(xué)模型和模擬的實(shí)例。[0012]圖11A-11C示出了本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的水力壓裂的地質(zhì)力學(xué)模型和模擬的實(shí)例。[0013]圖12A-12C示出了本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的水力壓裂的地質(zhì)力學(xué)模型和模擬的實(shí)例。[0014]圖13A-13C示出了本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的水力壓裂的地質(zhì)力學(xué)模型和模擬的實(shí)例。[0015]圖14示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的操作參數(shù)的匯總。[0016]圖15示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的用于實(shí)施水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析的系統(tǒng)?！揪唧w實(shí)施方式】[0017]本公開的特殊實(shí)施例現(xiàn)在將參考附圖來詳細(xì)描述。為了一致性，不同圖中的相似元件由相似的附圖標(biāo)記所表示。[0018]在下文的詳細(xì)描述中，為了提供對(duì)公開的實(shí)施例的更徹底的理解而闡述了眾多的特殊細(xì)節(jié)。但是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，沒有那些特殊細(xì)節(jié)的所公開的實(shí)施例也是可實(shí)施的。在其它例子中，沒有詳細(xì)地描述已知特征以避免使得討論的實(shí)施例的描述模糊不清。[0019]水力壓裂抑制(containment)可用于井控操作、環(huán)境保護(hù)和淺層氣意外事故規(guī)劃和設(shè)計(jì)。通常，本公開的實(shí)施例涉及用于確定井控操作的體積和操作參數(shù)的方法和裝置。如本文所使用的，井控操作涉及與將泥漿泵送到井中以防止地層流體(例如，石油和天然氣)進(jìn)入井筒有關(guān)的操作?？梢栽阢@井時(shí)使用井控操作。如本文所使用的，井控操作包括靜態(tài)和循環(huán)壓井操作。根據(jù)本文公開的實(shí)施例的用于確定用于井控操作的操作參數(shù)的方法和裝置包括在地表套管靴處起始的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析。該建模和分析可以使用與地質(zhì)力學(xué)模型結(jié)合的水力壓裂數(shù)值模擬器(numericalsimulator)。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，該方法和裝置提供用于確定在水力壓裂裂縫到達(dá)地表或者海床之前可以以給定速率安全地泵送到井中的泥漿體積的范圍。[0020]在一個(gè)方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種設(shè)計(jì)井控操作的方法。該方法包括獲得與圍繞井的地層有關(guān)的地下數(shù)據(jù)，從而基于該地下數(shù)據(jù)建立地層的地質(zhì)力學(xué)模型，從而獲得與該井控操作有關(guān)的操作數(shù)據(jù)，在處理器上執(zhí)行該地層的水力壓裂模擬，其中該模擬基于該操作數(shù)據(jù)和該地質(zhì)力學(xué)模型，以及確定用于裂縫破裂到地層的上表面所需流體的估計(jì)體積。[0021]在另一個(gè)方面，本文公開的實(shí)施例涉及一種用于設(shè)計(jì)井控操作的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括處理器、存儲(chǔ)器、地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊，該地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊被配置為生成圍繞井的地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括操作數(shù)據(jù)生成模塊，其被配置為生成包括用于在處理器上執(zhí)行壓裂模擬的至少一個(gè)輸入?yún)?shù)的操作數(shù)據(jù)，其中該模擬基于與井控類型有關(guān)的操作數(shù)據(jù)；以及模擬模塊，其被配置為基于該地質(zhì)力學(xué)模型和操作數(shù)據(jù)執(zhí)行水力壓裂模擬，其中該模擬模塊被配置為確定用于裂縫破裂到該地下地層的上表面所需流體的估計(jì)體積。[0022]在特定實(shí)施例中，本公開的實(shí)施例涉及用于為淺裂縫提供水力壓裂容積保證驗(yàn)證的方法和裝置。特別地，當(dāng)對(duì)地表套管下部分進(jìn)行鉆井時(shí)碰到淺層氣時(shí)，重泥漿被泵送到井中用于井控，其可能導(dǎo)致在地表套管靴處的水力壓裂裂縫的開始。由于地表套管被設(shè)定在較淺的深度，即在海床或者陸地地下大約500m-600m，存在著裂縫可能擴(kuò)展到海床或者陸地地表的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本公開提供方法和裝置用以建模和模擬淺水力壓裂裂縫擴(kuò)展，確定或者估計(jì)泥漿體積，當(dāng)泵送到井下用于井控時(shí)，引起水力壓裂裂縫破裂到海床或者地表，且確定或者估計(jì)待泵送到井下用于井控的泥漿的最大體積，其保證操作員:海床或者地表將不會(huì)破裂(例如，通過將安全因子應(yīng)用到引起裂縫破裂到海床/地表的確定的體積)。[0023]圖1示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括鉆井子系統(tǒng)101，其用于在地層105中鉆井103。由鉆井液109(常稱為泥漿)進(jìn)一步便于鉆井和井控，該鉆井液109可以潤滑鉆頭121、以及將靜水壓力提供給井控或者壓井操作。在井控操作的一個(gè)實(shí)例中，流體109可以被向下泵送到鉆柱111且允許通過環(huán)形域113循環(huán)回去，例如在循環(huán)壓井操作期間。在井控操作的另一個(gè)實(shí)例中，例如在靜態(tài)壓井操作(未示出)期間，流體109可以被向下泵送到鉆柱111和環(huán)形域113兩者。如本文所使用的，環(huán)形域113指的是鉆柱111與套管115之間的空間以及開口井眼117與鉆柱111之間的環(huán)形空間。[0024]套管段115a和115b用于確保井孔和圍繞的地層的結(jié)構(gòu)完整性。根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，由于鉆井液109的增加的當(dāng)量循環(huán)密度(equivalentcirculatingdensity)和增加的靜水壓力，井控操作可能導(dǎo)致在套管靴123處的水力壓裂裂縫119a的開始。裂縫119a的尺寸和形狀取決于井下生成的壓力、注入的體積、地層105的地球物理(geophysical)特性和注入泥漿的特性。例如，在套管靴處裂縫開始之后泥漿連續(xù)泵送到井中可能導(dǎo)致裂縫尺寸的增加，由裂縫輪廓119a_119e示出，直到在某一閾值壓力處，裂縫破裂到地表或者海床125。[0025]根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，鉆井子系統(tǒng)101與傳感器、鉆井設(shè)備(例如，泵、電機(jī)、壓縮機(jī))、以及在鉆井期間用于控制流體和/或直接鉆頭121的其它元件。通常而言，與其它開采操作一起使用的鉆井操作在本文中成為野外操作(fieldoperat1n)。這些野外操作可以直接由如下文更加詳細(xì)描述的地表模塊(未示出)來執(zhí)行。根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，地表模塊可以包括水力壓裂數(shù)值模擬器，其建模和分析來自地表套管靴的水力壓裂裂縫擴(kuò)展，或者地表模塊可以與水力壓裂數(shù)值模擬器一起使用。根據(jù)本文公開的實(shí)施例的水力壓裂數(shù)值模擬器可以在鉆井開始之前用于設(shè)計(jì)壓井操作。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，井控操作由將一定體積的泥漿泵送到井中來實(shí)施，其中泵送的該體積泥漿落在由水力壓裂模擬器計(jì)算的泥漿體積的閾值范圍之下。因此，可以在水力壓裂裂縫到達(dá)地表或者海床的減小的風(fēng)險(xiǎn)情況下，安全控制該井。[0026]圖2示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的用于確定用于井控操作的操作參數(shù)的系統(tǒng)200，該井控操作包括建模和分析來自地表套管靴的水力壓裂裂縫的擴(kuò)展。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，可以省略、重復(fù)和/或代替圖2中示出的一個(gè)或者多個(gè)模塊和元件。因此，用于確定用于井控操作的操作參數(shù)的系統(tǒng)200的實(shí)施例不應(yīng)被視為受限于圖2示出的模塊的特定布置。[0027]如圖2所示，系統(tǒng)200可以包括地表模塊201、水力壓裂模擬器203、地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205、操作數(shù)據(jù)生成模塊207、顯示器209、以及操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫(repository)2110根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，地表模塊211、水力壓裂模擬器203、地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205、操作數(shù)據(jù)生成模塊207、顯示器209、以及操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211可以由本領(lǐng)域中已知的任何裝置操作和/或通信地連接。因此，每一個(gè)組件可以發(fā)送、接收或者以其它方式與每一個(gè)其它組件交換數(shù)據(jù)。在下文中更加詳細(xì)地描述這些元件中的每一個(gè)。[0028]根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，地表模塊201可以用于與工具(例如，鉆井裝備)和/或裝置外(OfTsite)操作(未示出)通信。例如，地表模塊201用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，用于發(fā)送指令到井下，用于控制工具，且還可以接收由傳感器(未示出)和/或其它數(shù)據(jù)收集源收集的數(shù)據(jù)來用于分析和其它處理。由地表模塊接收的數(shù)據(jù)可以隨后存儲(chǔ)在操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211中，或者從操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211發(fā)送，該操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211可以是任何類型的用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊和/或裝置(例如，文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、采集表(collect1noftable)、或者任何其它的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu))。而且，由水力壓裂模擬器203生成的，和/或存儲(chǔ)在操作地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211中的數(shù)據(jù)可以由地表模塊201使用，以更改鉆井或者井控操作的物理操作和參數(shù)。[0029]在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，地表模塊201可以操作地耦合到油田中的井(例如，圖1所示的井103)以及其它井。具體地，地表模塊201被配置為與油田的一個(gè)或者多個(gè)元件(例如，傳感器、鉆井設(shè)備等)通信，用以發(fā)送命令到油田的元件和從其中接收數(shù)據(jù)。例如，在井涌之后的控井努力中，基于由地表模塊201發(fā)送的命令，可以將鉆井和井控設(shè)配(例如，泵)用于將鉆井液注入到環(huán)行體中和/或可以調(diào)整鉆柱以緩和或者控制淺層氣流入井孔中。在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，由地表模塊201發(fā)送到鉆井和井控設(shè)備的命令是基于由系統(tǒng)執(zhí)行的水力壓裂模擬所生成的一個(gè)或者多個(gè)操作參數(shù)，用于確定用于上文描述的井控操作的操作參數(shù)。具體地，鉆井和井控設(shè)備的不同狀態(tài)(例如，泵送率以及泵送到井中的總流體體積)可以由模擬程序生成的操作參數(shù)來調(diào)整，從而調(diào)整油田中的井控操作。[0030]地表模塊201可以位于油田(未示出)或者遠(yuǎn)程位置處。地表模塊201可以提供有計(jì)算機(jī)設(shè)備，用于接收、存儲(chǔ)、處理和/或分析來自油田的元件的數(shù)據(jù)。地表模塊201還可以提供有用于驅(qū)動(dòng)油田處的元件的功能。響應(yīng)于接收的數(shù)據(jù)，然后地表模塊201可以發(fā)送命令信號(hào)到油田，例如，用以緩和或者控制淺層氣流動(dòng)進(jìn)入環(huán)形域。[0031]系統(tǒng)200進(jìn)一步包括操作數(shù)據(jù)模塊207。操作數(shù)據(jù)模塊207生成、接收、和/或處理與井控操作有關(guān)的操作數(shù)據(jù)。操作數(shù)據(jù)可以從，例如操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送，或者可以直接從井操作員處獲得。根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，操作數(shù)據(jù)可以由用戶輸入到操作數(shù)據(jù)模塊207中或者可以基于來自用戶的請求而從操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送。例如，操作數(shù)據(jù)可以包括流體流變特性(流體密度、流體粘度、流體屈服點(diǎn)等)、套管特性(套管尺寸、破裂和倒塌壓力、套管段深度等)、以及使用在井控操作中的流體泵送速率的期望范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，與井控操作有關(guān)的任何已知操作參數(shù)可以由操作數(shù)據(jù)模塊207生成、接收和/或處理。[0032]系統(tǒng)200進(jìn)一步包括操作地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205可以接收地下數(shù)據(jù)(例如，從測井儀器、隨鉆測量/隨鉆測井儀器、井測結(jié)果等)，其與圍繞井的地層相關(guān)且基于接收的地下數(shù)據(jù)來處理此數(shù)據(jù)以生成地質(zhì)力學(xué)模型。地下數(shù)據(jù)可以從，例如操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送到地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205，或者可以直接從井操作員處獲得。根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，地下數(shù)據(jù)可以由用戶輸入到地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205中或者可以基于來自用戶的請求而從操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送。用于生成地質(zhì)力學(xué)模型的地下數(shù)據(jù)可以包括地層巖相層序、孔隙壓力數(shù)據(jù)、裂縫梯度數(shù)據(jù)、漏失測試數(shù)據(jù)、地層完整性測試數(shù)據(jù)、區(qū)域構(gòu)造學(xué)、地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)/應(yīng)力狀態(tài)以及可以幫助地質(zhì)力學(xué)模型研發(fā)的其它常規(guī)巖石特性。而且，根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊可以基于地下數(shù)據(jù)計(jì)算地層特征，且這些計(jì)算的地層特征可以進(jìn)一步幫助地質(zhì)力學(xué)模型的研發(fā)。例如，現(xiàn)場(insitu)應(yīng)力方向(水平或者垂直)、裂縫擴(kuò)展平面、或者現(xiàn)場應(yīng)力分布可以基于地下數(shù)據(jù)來計(jì)算。[0033]系統(tǒng)200進(jìn)一步包括水力壓裂模擬器203，其可以使用來自地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205和操作數(shù)據(jù)生成模塊207的上述操作數(shù)據(jù)和地質(zhì)力學(xué)模型，用以模擬水力壓裂裂縫生成和通過地層的擴(kuò)展。在一個(gè)實(shí)施例中，地質(zhì)力學(xué)水力壓裂模型用于計(jì)算用以引起裂縫破裂到地表或者海床所需流體的體積范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，水力壓裂可以使用下述系統(tǒng)，例如，TerrFRAC?(TerraFRAC是Schlumberger公司的TerraTEK的商標(biāo))來模擬。水力壓裂數(shù)值模擬器使用地層巖相層序、孔隙壓力數(shù)據(jù)、裂縫梯度數(shù)據(jù)、漏失測試數(shù)據(jù)、地層完整性測試數(shù)據(jù)、區(qū)域構(gòu)造學(xué)、地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)/應(yīng)力狀態(tài)、以及在地質(zhì)力學(xué)模型中用以運(yùn)行水力壓裂模擬的其它常規(guī)的巖石特性。取決于這些特性和注入?yún)?shù)的不同組合，水力壓裂模擬在地層中提供了水力壓裂裂縫的擴(kuò)大(例如，高度、長度和寬度)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以使用任何類型的數(shù)值壓裂模擬，且因此本公開不受限于使用在TerraFRAC?軟件包之內(nèi)的技術(shù)、模型和方法。其它可商購的水力壓裂模擬器包括，例如Schlumberger(Houston,TX)的FracCADE?、以及MeyerandAssociates有限公司(NatronaHeights,PA)的MFRAC?。模型可以包括數(shù)值建模、二維建模、三維建模、以及可以模擬井控操作期間的裂縫生長。[0034]系統(tǒng)200進(jìn)一步包括顯示器209，用于為用戶提供數(shù)據(jù)可視化和解釋。因此，操作數(shù)據(jù)模塊207、地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205、以及水力壓裂模擬器203可以將數(shù)據(jù)處理成允許用戶觀察和與數(shù)據(jù)進(jìn)行交互的形式。根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，顯示器209可以包括圖形用戶界面(GUI)，用于與用戶進(jìn)行交互。Gn可以包括探測來自用戶命令和因此更新數(shù)據(jù)的功能。例如，在本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，GUI包括接收對(duì)應(yīng)于操作數(shù)據(jù)和/或地下數(shù)據(jù)的一組數(shù)據(jù)的功能。進(jìn)一步地，在本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中，GUI可以包括各種用戶界面組件，例如按鈕、檢查框、下拉菜單等。因此，根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，具有最小型計(jì)算機(jī)和/或與水力壓裂模擬的細(xì)節(jié)有關(guān)的專門知識(shí)的用戶可以分析由該系統(tǒng)表示的結(jié)果用于確定用于井控操作的操作參數(shù)。而且，顯示器209可以是監(jiān)視器(例如，陰極射線管、液晶顯示器、觸屏監(jiān)視器等)或者能夠顯示數(shù)據(jù)的任何其它的物體。[0035]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，上述的組件是邏輯組件，即軟件和/或硬件組件的邏輯組以及執(zhí)行上述功能的工具。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，單獨(dú)組件之內(nèi)的單獨(dú)軟件和/或硬件工具不必須彼此連接。此外，雖然圖2中示出的不同組件之間的相互作用對(duì)應(yīng)于從一個(gè)組件向另一個(gè)組件傳送信息，但是并不需要單個(gè)組件彼此物理連接。當(dāng)然，數(shù)據(jù)可以從一個(gè)組件傳送到另一個(gè)組件，例如通過使用戶獲得由一個(gè)組件產(chǎn)生的打印輸出數(shù)據(jù)且將相關(guān)信息經(jīng)由與那個(gè)組件有關(guān)聯(lián)的界面鍵入到另一個(gè)組件中。另外，關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)的給定組件的物理接近(physicalproximity)不存在約束。[0036]圖3示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。更具體地，圖3示出了用于確定用于井控操作的操作參數(shù)的方法。在步驟301中，獲得地下數(shù)據(jù)。如上文所描述的，地下數(shù)據(jù)可以經(jīng)由從操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送的數(shù)據(jù)來獲得，或者可以直接從井操作員/意外事故規(guī)劃員處直接獲得。直接從井操作員/意外事故規(guī)劃員處獲得的數(shù)據(jù)可以直接由用戶輸入或者根據(jù)本領(lǐng)域已知的任何數(shù)據(jù)傳送方法從遠(yuǎn)程存儲(chǔ)位置處傳送。如上文所述，地下數(shù)據(jù)可以包括地層巖相層序、淺孔隙壓力數(shù)據(jù)、裂縫梯度數(shù)據(jù)、漏失測試數(shù)據(jù)、地層完整性測試數(shù)據(jù)、區(qū)域地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)/應(yīng)力狀態(tài)、以及可以幫助地質(zhì)力學(xué)模型研發(fā)的其它常規(guī)巖石特性。[0037]在步驟303中，地下數(shù)據(jù)用于建立圍繞井眼的地層的地質(zhì)力學(xué)模型。根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，地質(zhì)力學(xué)模型是由可以存儲(chǔ)在操作/地表數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211中的數(shù)據(jù)、地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205中的數(shù)據(jù)、或者可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法的遠(yuǎn)程存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)所表示的數(shù)值模型。地質(zhì)力學(xué)模型本身可以基于地下數(shù)據(jù)由地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊205生成。使用在根據(jù)本文公開的實(shí)施例中的地質(zhì)力學(xué)模型的實(shí)例在圖8-13中更加詳細(xì)地示出。[0038]在步驟305中，獲得操作數(shù)據(jù)。操作數(shù)據(jù)可以例如通過從操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送的數(shù)據(jù)獲得，或者可以直接從井操作員/意外事故規(guī)劃員處獲得。直接從井操作員/意外事故規(guī)劃員處獲得的數(shù)據(jù)可以直接由用戶輸入，或者根據(jù)本領(lǐng)域已知的任何數(shù)據(jù)傳送方法從遠(yuǎn)程存儲(chǔ)位置處傳送。根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，操作數(shù)據(jù)可以由用戶輸入到操作數(shù)據(jù)模塊207中，或者可以基于來自用戶的請求而從操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送。如上文所述，操作數(shù)據(jù)涉及鉆井或者井控操作的細(xì)節(jié)且可以包括泥漿特性(例如，泥漿堆積、泥漿密度)、套管特性(例如，套管尺寸和段深度)、以及使用在井控操作中的泥漿的泵送速率的期望范圍。使用在根據(jù)本文公開的實(shí)施例中的操作數(shù)據(jù)實(shí)例在下文中參考圖8-13更加詳細(xì)地討論。[0039]在步驟307中，地質(zhì)力學(xué)模型和操作參數(shù)輸入到水力壓裂模擬器中且執(zhí)行水力壓裂模擬。該水力壓裂模擬產(chǎn)生模擬的水力壓裂，如在下文中更加詳細(xì)描述的圖8-13中所不。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用TerrFARC?(TerraFRAC是Schlumberger公司的TerraTEK的商標(biāo))軟件平臺(tái)來數(shù)值模擬水力壓裂。[0040]在步驟309中，檢查模擬的裂縫以確定該裂縫是否到達(dá)地表或者海床。如果裂縫沒有到達(dá)海床，該方法返回到步驟305，在此獲得新的操作數(shù)據(jù)。例如，新的操作數(shù)據(jù)可以包括新的流體體積和/或待泵送到井中的新的泵送速率以及用于前一個(gè)迭代過程的相同速率?？蛇x地，如果在步驟309處確定裂縫已經(jīng)到達(dá)地表或者海床，該方法進(jìn)行到步驟311處，在此輸出操作參數(shù)。例如，除了與裂縫的物理尺寸和形狀有關(guān)的數(shù)據(jù)之外，可以輸出流動(dòng)速率和泵送到井中的總體積。[0041]在步驟313處，如果確定需要另一個(gè)模擬，該方法返回到步驟301處。在步驟301處，獲得新的地下數(shù)據(jù)且該方法仍然進(jìn)行。通過對(duì)該方法的每一次迭代改變地下數(shù)據(jù)，該方法可以用于產(chǎn)生導(dǎo)致裂縫破裂到地表或者海床的操作參數(shù)的估計(jì)范圍?；谂c被模擬的實(shí)際地下地層有關(guān)的知識(shí)的缺乏，地下數(shù)據(jù)的范圍可能反映出不確定性。[0042]在步驟315中，確定控制體積。如本文所使用的，控制體積是表示在井控操作(例如，循環(huán)或者靜態(tài)壓井操作)期間待泵送到井中的流體體積的操作參數(shù)，其導(dǎo)致泵送流體將造成裂縫破裂到地表或者海床的低風(fēng)險(xiǎn)。因此，可以將控制體積計(jì)算為總體積，其低于導(dǎo)致裂縫破裂到地表或者海床的估計(jì)的體積范圍。根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，控制體積可以通過使用與導(dǎo)致裂縫破裂到地表或者海床的估計(jì)的流體體積范圍一起使用的安全因子來確定。因此，根據(jù)本文公開的實(shí)施例，控制體積可以通過在所確定的體積的范圍內(nèi)的體積分別乘以或者除以小于I或者大于I的安全因子來確定。[0043]圖4示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的流程圖。更具體地，圖4示出了與圖3的步驟305有關(guān)的附加細(xì)節(jié)，其用于獲得用于隨后用在確定井控操作的操作參數(shù)的方法中的操作數(shù)據(jù)。在步驟401中，獲得涉及井控或者壓井操作的操作參數(shù)。步驟401可以進(jìn)一步再分割成為步驟401a-401d，其中在步驟401a處，選擇井控類型(例如，循環(huán)或者靜態(tài)壓井操作)，在步驟401b處，選擇泥漿流變特性(例如，泥漿密度、泥漿粘度、泥漿屈服點(diǎn)等)，在步驟401c處，獲得泥漿泵送速率的期望范圍，以及在步驟401d處，獲得井套管數(shù)據(jù)(例如，套管段深度、厚度、破裂和倒塌壓力等)。在步驟403中，基于所獲得的操作參數(shù)來初始化一組模擬操作變量。在步驟405中，基于包括泵送速率和注入體積的該組模擬操作變量來啟動(dòng)水力壓裂模擬。[0044]圖5示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的流程圖。更具體地，圖5示出了與圖3的步驟301-303有關(guān)的附加細(xì)節(jié)，用于獲得用于隨后用在確定井控操作的操作參數(shù)的方法中與圍繞井的地層有關(guān)的地下數(shù)據(jù)。在步驟501中，獲得地下數(shù)據(jù)。步驟501可以進(jìn)一步再分割成步驟501a-501d，其中在步驟501a處，獲得地層巖相層序，在步驟501b處，獲得淺孔隙壓力和/或裂縫梯度數(shù)據(jù)，在步驟501c處，獲得來自漏失測試和/或地層完整性測試的數(shù)據(jù)，在步驟501d處，獲得區(qū)域地質(zhì)力學(xué)/應(yīng)力狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及在步驟501e處，獲得巖石特性數(shù)據(jù)。不同類型的地下數(shù)據(jù)的實(shí)例在圖7A、8A、9A、10A、11A、12A以及13A中示出。[0045]在步驟503中，可以基于地下數(shù)據(jù)計(jì)算額外的地層特征。例如，可以基于地下數(shù)據(jù)計(jì)算現(xiàn)場垂直和水平應(yīng)力分布。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，垂直現(xiàn)場應(yīng)力或者超負(fù)荷可以通過地層深度乘以地層巖石密度、且加上在特殊地層之上的所有地層上的負(fù)載來計(jì)算。換句話說，垂直現(xiàn)場應(yīng)力或者超負(fù)荷是來自上述作用在特殊下面地層上的總負(fù)載。水平最小和最大應(yīng)力可以使用泊松比(P1ssn’srat1)、孔隙壓力、垂直應(yīng)力以及畢奧常數(shù)(B1t’sconstant)來計(jì)算。如果地層位于構(gòu)造活性區(qū)域(tectonicallyactivearea)上,楊氏模量(Young’smodulus)和構(gòu)造最大和最小應(yīng)變也可以用于水平應(yīng)力計(jì)算。[0046]在步驟505中，裂縫擴(kuò)展方向定義為地下地層和應(yīng)力狀態(tài)(例如，垂直裂縫或水平裂縫)的研究結(jié)果。在步驟507中，基于可提供的地下數(shù)據(jù)、額外的地層特征、以及擴(kuò)展方向來確定地質(zhì)力學(xué)模型。在步驟509中，基于地質(zhì)力學(xué)模型來啟動(dòng)水力壓裂模擬。[0047]圖6示出了根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的流程圖。更具體地，圖6示出了根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的用于確定在壓井操作期間用于裂縫破裂到地表或海床所需泥漿的體積的方法。在步驟601a和601b中，分別獲得操作數(shù)據(jù)和地下數(shù)據(jù)。操作數(shù)據(jù)和地下數(shù)據(jù)可以從例如操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送，或者可以直接從井操作員處獲得。根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，操作和地下數(shù)據(jù)可以由用戶輸入到操作數(shù)據(jù)模塊207中，或者可以基于來自用戶的請求而從操作/地下數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫211傳送。[0048]根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，操作數(shù)據(jù)可以包括壓井類型(例如，具有或者不具有循環(huán))、泥漿特性、套管深度、以及期望泥漿泵送速率范圍。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，地下數(shù)據(jù)可以包括巖性地層學(xué)、淺孔隙壓力、裂縫梯度數(shù)據(jù)、漏失測試(LOT)和地層完整性測試(FIT)數(shù)據(jù)、區(qū)域地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)(例如，應(yīng)力狀態(tài)、以及巖石特性)。地下和操作數(shù)據(jù)的實(shí)例在下文中參考圖7-14更加詳細(xì)地描述。[0049]在步驟603中，基于操作數(shù)據(jù)定義操作變量。例如，注入深度被定義為最深套管靴的深度，流體注入速率范圍被定義為例如期望泵送速率范圍的100%到10%，并且定義注入流體特性。[0050]在步驟605中，基于地下數(shù)據(jù)來識(shí)別最小現(xiàn)場應(yīng)力(水平或者垂直)和/或最小現(xiàn)場應(yīng)力分布。在步驟607中，建立一個(gè)或者多個(gè)地質(zhì)力學(xué)模型。在步驟609中，識(shí)別裂縫的擴(kuò)展方向(例如，垂直或者水平)。在步驟611中，初始化模擬軟件。模擬軟件可以使用本領(lǐng)域已知的任何模擬方法，例如由TerraFRAC?軟件平臺(tái)使用的例如平面3D有限元模擬方法。在步驟613中，基于操作數(shù)據(jù)和地質(zhì)力學(xué)模型來模擬裂縫擴(kuò)展。在步驟615中，分析裂縫生長圖案，例如用以確定裂縫是否已經(jīng)到達(dá)海床或者地表。在步驟617中，確定用于裂縫破裂到地表或者海床所需泥漿的體積范圍。[0051]在步驟619中，可以確定壓井體積。如本文所使用的，壓井體積是表示待泵送到井中以安全壓井(即沒有引起裂縫破裂到地表或者海床)的泥漿體積的操作參數(shù)?？梢詫壕w積計(jì)算為泥漿的總體積，其低于導(dǎo)致裂縫破裂到地表或者海床的估計(jì)的體積范圍。根據(jù)本公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，可以通過與用于裂縫破裂到地表或者海床所需的計(jì)算的泥漿體積一起使用安全因子來確定壓井體積。因此，根據(jù)本文公開的實(shí)施例，壓井體積可以通過用于裂縫破裂到地表或者海床所需的泥漿體積分別乘以或者除以小于I或大于I的安全因子來確定。[0052]圖7-14示出了根據(jù)本文公開一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的來自表套管靴的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析的結(jié)果。更具體地，圖7-14示出了在具有不同地質(zhì)力學(xué)模型和/或不同操作參數(shù)的6個(gè)不同實(shí)例情形下的建模和分析結(jié)果的匯總。在圖7-14中匯總的結(jié)果是在已經(jīng)被確定為導(dǎo)致破裂到水力壓裂裂縫的地表或者海床的操作條件下運(yùn)行水力壓裂模擬的結(jié)果。在下文中更加詳細(xì)地描述每一種情形。在圖7-14中示出的每一種情形是對(duì)于在井的套管靴處起始的水力壓裂裂縫。這些模擬的目的是定義將導(dǎo)致水力壓裂裂縫破裂到海床的泥漿注入體積。使用集成了全部3DTerraFRAC?水力壓裂模擬器軟件的M-1SffACOWIToolbox來運(yùn)行模擬。而且，對(duì)于所有模擬，將垂直20英寸套管設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)下683m的真正垂直深度(TVDBRT)處。側(cè)鉆1772英寸井孔從鞋與1350mTVDBRT之下20m的開始造斜點(diǎn)(KOP)處鉆井。而且，在683m和1359m之間的間隔是開口井。此模擬使用靜態(tài)井控操作，且因此閥是關(guān)閉的(沒有循環(huán)和返回)，且1.46SG泥漿被泵送到封閉系統(tǒng)中。由于壓力增加，而生成裂縫，且泥漿流動(dòng)通過該裂縫進(jìn)入地層。[0053]使用在實(shí)例模擬中用以表征泥漿的操作參數(shù)包括泵送速率、泥漿重力(MW)、泥漿塑性粘度(PV)、屈服點(diǎn)(YP)、冪次定律模型系數(shù)η和K、以及粘度。用于地下和操作參數(shù)的數(shù)值的實(shí)例分別在圖7Α和7Β中示出。根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，輸入地質(zhì)技術(shù)(geotechnical)數(shù)據(jù)、注入流體參數(shù)以及注入速率由客戶提供。此外，客戶可以提供孔隙壓力/裂縫梯度(PPFG)數(shù)據(jù)。使用此數(shù)據(jù)，對(duì)每一層所計(jì)算的應(yīng)力可以用作最小水平應(yīng)力οΜη輸入?？紫秹毫€可以使用PPFG數(shù)據(jù)來設(shè)定。[0054]對(duì)于在下文圖8-14中表示的模擬結(jié)果，根據(jù)巖石層位學(xué)，地質(zhì)力學(xué)模型包括四層:從173mTVDRT到366TVDRT的地層I，從366mTVDRT到472mTVDRT的地層II，從472mTVDRT到683mTVDRT的地層III以及從683mTVDRT到1350mTVDRT的地層IV。[0055]執(zhí)行壓裂模擬，直到裂縫靠近海床為止。為了質(zhì)量控制而停止模擬的進(jìn)一步運(yùn)行，因?yàn)樵诜浅\的深度處，計(jì)算可能變得不穩(wěn)定。朝向海床的增加的裂縫寬度表明了裂縫破裂情況。[0056]圖8A匯總了用于情形I的建模和分析的輸入的地質(zhì)力學(xué)模型。泥漿參數(shù)與圖7B中示出的相同。泥漿泵送速率被設(shè)定為42bpm。地質(zhì)力學(xué)模型包括層1-4。圖8A匯總了每一層的頂部和底部位置、每一層的地層類型、每一層的巖性學(xué)、每一層的孔隙壓力梯度、每一層的孔隙壓力、每一層的裂縫梯度、每一層的最小水平應(yīng)力、每一層的楊氏模量、每一層的斷裂韌性、每一層的泊松比、以及每一層的漏失。如圖8A所示，每一層的頂部和底部位置在TVDBRT和泥漿線下的真正垂直深度(TVDBML)兩者中被給定。圖8B示出了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的裂縫輪廓圖。對(duì)于在此模擬中選擇的參數(shù)，裂縫破裂到地表/海床發(fā)生在時(shí)間151.60分和總泥漿體積6367bbl處。最大裂縫尺寸如下:半長度:234.2m;高度向上生長:438.0m;且高度向下生長:123.2m。不同注入體積處的裂縫輪廓在圖8C中示出。[0057]圖9B匯總了用于情形2的建模和分析的輸入的地質(zhì)力學(xué)模型。泥漿參數(shù)與圖7B中示出的相同。泥漿泵送速率被設(shè)定為42bpm。地質(zhì)力學(xué)模型包括層1-4。圖9A匯總了每一層的頂部和底部位置、每一層的地層類型、每一層的巖性學(xué)、每一層的孔隙壓力梯度、每一層的孔隙壓力、每一層的裂縫梯度、每一層的最小水平應(yīng)力、每一層的楊氏模量、每一層的斷裂韌性、每一層的泊松比、以及每一層的漏失。如圖9A所示，每一層的頂部和底部位置在TVDBRT和泥漿線下的真正垂直深度(TVDBML)兩者中給定。圖9B示出了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的裂縫輪廓圖。對(duì)于在此模擬中選擇的參數(shù)，裂縫破裂到地表/海床發(fā)生在時(shí)間139.5分和總泥漿體積5859bbl處。最大裂縫尺寸如下:半長度:238.0m;高度向上生長:438.0m;高度向下生長:96.7m。不同注入體積處的裂縫輪廓在圖9C中示出。[0058]圖1OA匯總了用于情形3的建模和分析的輸入的地質(zhì)力學(xué)模型。泥漿參數(shù)與圖7B中示出的相同。泥漿泵送速率被設(shè)定為42bpm。地質(zhì)力學(xué)模型包括層1-4。圖1OA匯總了每一層的頂部和底部位置、每一層的地層類型、每一層的巖性學(xué)、每一層的孔隙壓力梯度、每一層的孔隙壓力、每一層的裂縫梯度、每一層的最小水平應(yīng)力、每一層的楊氏模量、每一層的斷裂韌性、每一層的泊松比、以及每一層的漏失。如圖1OA所示，每一層的頂部和底部位置在TVDBRT和在泥漿線下的真正垂直深度(TVDBML)兩者中被給定。圖1OB示出了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的裂縫輪廓圖。對(duì)于在此模擬中選擇的參數(shù)，裂縫破裂到地表/海床發(fā)生在時(shí)間71.43分和總泥漿體積3001bbl處。最大裂縫尺寸如下:半長度:144.9m;高度向上生長:451.4m;且高度向下生長:90.0m。在不同注入體積處的裂縫輪廓在圖1OC中示出。[0059]圖1lA匯總了用于情形4的建模和分析的輸入的地質(zhì)力學(xué)模型。泥漿參數(shù)與圖7B中示出的相同。泥漿泵送速率被設(shè)定為42bpm。地質(zhì)力學(xué)模型包括層1-4。圖1lA匯總了每一層的頂部和底部位置、每一層的地層類型、每一層的巖性學(xué)、每一層的孔隙壓力梯度、每一層的孔隙壓力、每一層的裂縫梯度、每一層的最小水平應(yīng)力、每一層的楊氏模量、每一層的斷裂韌性、每一層的泊松比、以及每一層的漏失。如圖1lA所示，每一層的頂部和底部位置在TVDBRT和在泥漿線下的真正垂直深度(TVDBML)兩者中被給定。圖1lB示出了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的裂縫輪廓圖。對(duì)于在此模擬中選擇的參數(shù)，裂縫破裂到地表/海床發(fā)生在時(shí)間83.34分和總泥漿體積3501bbl處。最大裂縫尺寸如下:半長度:136.Sm;高度向上生長:438.9m;且高度向下生長:55.0m。在不同注入體積處的裂縫輪廓在圖1lC中示出。[0060]圖12B匯總了用于情形5的建模和分析的輸入的地質(zhì)力學(xué)模型。泥漿參數(shù)與圖7B中示出的相同。泥漿泵送速率被設(shè)定為42bpm。地質(zhì)力學(xué)模型包括層1-4。圖12A匯總了每一層的頂部和底部位置、每一層的地層類型、每一層的巖性學(xué)、每一層的孔隙壓力梯度、每一層的孔隙壓力、每一層的裂縫梯度、每一層的最小水平應(yīng)力、每一層的楊氏模量、每一層的斷裂韌性、每一層的泊松比、以及每一層的漏失。如圖12A所示，每一層的頂部和底部位置在TVDBRT和泥漿線下的真正垂直深度(TVDBML)兩者中被給定。圖12B示出了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的裂縫輪廓圖。對(duì)于在此模擬中選擇的參數(shù)，裂縫破裂到地表/海床發(fā)生在時(shí)間76.19分和總泥漿體積3201bbl處。最大裂縫尺寸如下:半長度:146.1m;高度向上生長:434.4m;且高度向下生長:123.9m。在不同注入體積處的裂縫輪廓在圖12C中示出。[0061]圖13A匯總了使用17bpm泵送速率、用于情形3的建模和分析的輸入的地質(zhì)力學(xué)模型。泥漿參數(shù)與圖7B中示出的相同。地質(zhì)力學(xué)模型包括層1-4。圖13A匯總了每一層的頂部和底部位置、每一層的地層類型、每一層的巖性學(xué)、每一層的孔隙壓力梯度、每一層的孔隙壓力、每一層的裂縫梯度、每一層的最小水平應(yīng)力、每一層的楊氏模量、每一層的斷裂韌性、每一層的泊松比、以及每一層的漏失。如圖13A所示，每一層的頂部和底部位置在TVDBRT和泥漿線下的真正垂直深度(TVDBML)兩者中給定。圖13B示出了根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的裂縫輪廓圖。對(duì)于在此模擬中選擇的參數(shù)，裂縫破裂到地表/海床發(fā)生在時(shí)間294.1分和總泥漿體積5001bbl處。最大裂縫尺寸如下:半長度:225.8m;高度向上生長:482.5m;且高度向下生長:117.6m。在不同注入體積處的裂縫輪廓在圖13C中示出。[0062]圖14示出了用于情形1-6的用于裂縫破裂到地表或者海床所需的計(jì)算的注入流體體積的匯總。圖14還示出了地下數(shù)據(jù)，其被選擇且對(duì)于實(shí)例情形1-6中的每一個(gè)變化。情形6與情形3在所有方面都相同除了泥漿泵送速率，其被設(shè)定為17bpm。根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，導(dǎo)致裂縫破裂到海床的注入流體體積的范圍可以通過核查由模擬產(chǎn)生的用于裂縫破裂到海床所需的注入流體體積的范圍來確定。因此，對(duì)于上文模擬的井和地層，導(dǎo)致裂縫破裂到海床的體積范圍是3000bbl到6400bbl。因此，在以42bpm將泥漿注入到井中的井控操作期間，模擬預(yù)測出裂縫破裂到海床可能在總注入體積在3000到6400bbl的范圍中發(fā)生。因此，根據(jù)一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例可以安全控制井，通過將注入泥漿體積保持在由系統(tǒng)用于確定用于井控操作的操作參數(shù)所預(yù)測的泥漿體積的范圍之下而減少水力壓裂裂縫將到達(dá)地表或者海床的風(fēng)險(xiǎn)。在一些實(shí)施例中，可以應(yīng)用安全因子，來提供待用于井控的最大體積。[0063]用于從地表套管靴的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析的方法和系統(tǒng)可以實(shí)際上在任何類型的計(jì)算機(jī)上實(shí)施而無論使用何種平臺(tái)。例如，如圖15中所示，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1500)包括處理器(1502)、相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器(1504)、存儲(chǔ)裝置(1506)、以及眾多其它的目前計(jì)算機(jī)典型的元件和功能。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)(1500)還可以包括輸入裝置(例如鍵盤(1508)和鼠標(biāo)(1510))以及輸出裝置(例如監(jiān)視器(1512))。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1500)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口連接(未示出)而連接到局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(例如，因特網(wǎng))。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，這些輸入和輸出裝置可以采取其它形式。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，上述計(jì)算機(jī)(1500)的一個(gè)或者多個(gè)元件可以位于遠(yuǎn)程位置處且通過網(wǎng)絡(luò)或者衛(wèi)星連接到其它元件。[0064]計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括軟件指令，該軟件指令在由處理器執(zhí)行時(shí)，所執(zhí)行的方法包括:與至少一個(gè)油田元件通信，包括發(fā)送命令和接收地層的地下數(shù)據(jù)；處理與井控操作有關(guān)的操作數(shù)據(jù)；基于所接收的地下數(shù)據(jù)生成地質(zhì)力學(xué)模型；基于操作數(shù)據(jù)和地質(zhì)力學(xué)模型來模擬水力壓裂裂縫的生成和水力壓裂裂縫通過地層的擴(kuò)展；以及確定水力壓裂裂縫是否到達(dá)地層的上表面。例如，可以將命令發(fā)送到井控設(shè)備以將鉆井泥漿注入到井的環(huán)形域中和/或發(fā)送到鉆井設(shè)備以調(diào)整鉆柱操作。該方法可以進(jìn)一步包括當(dāng)確定水力壓裂裂縫到達(dá)地層的上表面時(shí)輸出泵送到井中的流體的估計(jì)體積。該方法可以進(jìn)一步包括可視化地顯示模擬的水力壓裂。該方法還可以包括當(dāng)水力壓裂裂縫沒有到達(dá)地層的上表面時(shí)處理新的操作數(shù)據(jù)。[0065]井控操作可以包括循環(huán)流體井控操作和靜態(tài)井控操作中的至少一個(gè)。處理與井控操作有關(guān)的操作數(shù)據(jù)可以包括基于井控類型、流體數(shù)據(jù)、以及井套管數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)來定義一組模擬參數(shù)。生成地質(zhì)力學(xué)模型可以包括基于地下數(shù)據(jù)來確定地層特征。這樣的地層特征可以包括地層的現(xiàn)場應(yīng)力數(shù)據(jù)和地層的最小現(xiàn)場應(yīng)力分布中的一個(gè)或者多個(gè)。還可以確定水力壓裂裂縫的高度、寬度、以及長度和識(shí)別裂縫擴(kuò)展的方向。[0066]根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，用于從地表套管靴的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模及分析的方法和裝置可以為井意外事故規(guī)劃員提供水力壓裂裂縫容積保證，該規(guī)劃員在鉆井開始前在具有由弱的和未固結(jié)的地層所表征的超負(fù)荷的地層內(nèi)規(guī)劃壓井操作，且在地層處，碰到淺層氣的風(fēng)險(xiǎn)可能特別高。[0067]根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，用于從地表套管靴的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析的方法和裝置提供用于確定在水力壓裂裂縫到達(dá)地表或者海床之前可以以給定速率安全地泵送到井中的泥漿體積的范圍。因此，該方法和裝置提供了一種通過從地表套管靴的淺水力壓裂裂縫擴(kuò)展的數(shù)值建模來用于水力壓裂裂縫容積保證驗(yàn)證的方法。[0068]根據(jù)本文公開的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例，用于從地表套管靴的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析的方法和裝置提供給客戶能夠在需要壓井時(shí)以給定速率安全泵送到井中的泥漿的體積范圍的容積保證。根據(jù)本文公開的實(shí)施例的從地表套管靴的水力壓裂裂縫擴(kuò)展的建模和分析的實(shí)施方式增加了井控操作(例如，靜態(tài)或者循環(huán)壓井操作)的安全保證，且將輸入添加到淺層氣意外事故規(guī)劃過程中。[0069]雖然上文中只詳細(xì)描述了少數(shù)的實(shí)例性實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將很容易理解，在實(shí)質(zhì)上不背離所公開實(shí)施例的范圍的情況下，在實(shí)例性實(shí)施例中很多修改均是可能的。因此，所有這種修改旨被包括在本公開的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求書中，裝置-加-功能的分句旨在覆蓋本文中描述的結(jié)構(gòu)為執(zhí)行所述功能，而不僅是結(jié)構(gòu)上的等價(jià)體，也是等同的結(jié)構(gòu)。因此，雖然釘子和螺釘可能不是結(jié)構(gòu)上的等價(jià)體，但是因?yàn)獒斪硬捎脠A柱的表面將木制部件固定在一起；而螺釘采用螺旋的表面；在緊固木制部件的環(huán)境中，釘子和螺釘可以是等同的結(jié)構(gòu)。除了在權(quán)利要求中與相關(guān)功能一起使用了詞語“裝置用于”表述的情況夕卜，申請人:的表述旨在不援引35U.S.C§112，段落6來對(duì)本文任何權(quán)利要求進(jìn)行任何限制?！緳?quán)利要求】1.一種方法，包括:獲得與圍繞井的地層有關(guān)的地下數(shù)據(jù)；基于所述地下數(shù)據(jù)建立所述地層的地質(zhì)力學(xué)模型；獲得與井控操作有關(guān)的操作數(shù)據(jù)；在處理器上執(zhí)行所述地層的水力壓裂模擬，其中所述模擬基于所述操作數(shù)據(jù)和所述地質(zhì)力學(xué)模型；以及確定用于裂縫破裂到所述地層的上表面所需的流體的估計(jì)體積。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述地下數(shù)據(jù)包括:巖石層位學(xué)數(shù)據(jù)；地質(zhì)學(xué)測試數(shù)據(jù)；以及區(qū)域地質(zhì)力學(xué)數(shù)據(jù)。3.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述操作數(shù)據(jù)包括:井控操作的類型；與用于所述控制操作的流體特性有關(guān)的流體數(shù)據(jù)；流體泵送速率的期望范圍；以及與待控制的井的套管有關(guān)的井套管數(shù)據(jù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述井控操作的類型是選自由循環(huán)流體井控操作和靜態(tài)井控操作組成的組中的一個(gè)。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中獲得所述操作參數(shù)進(jìn)一步包括基于井控的類型、流體數(shù)據(jù)、以及井套管數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)來定義一組模擬參數(shù)。6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中建立所述地質(zhì)力學(xué)模型進(jìn)一步包括:基于所述地下數(shù)據(jù)來計(jì)算地層特征。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述地層特征包括選自由所述地層的現(xiàn)場應(yīng)力數(shù)據(jù)集和所述地層的最小現(xiàn)場應(yīng)力分布組成的組中的至少一個(gè)。8.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括識(shí)別裂縫擴(kuò)展方向。9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述地下數(shù)據(jù)開始所述模擬。10.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括使用一定量的流體來控制所述井，所述一定量少于所述裂縫破裂到地層的上表面所需的流體的所述估計(jì)體積。11.一種系統(tǒng),包括:處理器；存儲(chǔ)器；地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊，其被配置為生成圍繞井的地下地層的地質(zhì)力學(xué)模型；操作數(shù)據(jù)生成模塊，其被配置為生成與井控類型有關(guān)的操作數(shù)據(jù)，且包括用于在所述處理器上執(zhí)行的水力壓裂模擬的至少一個(gè)輸入?yún)?shù)；以及模擬模塊，其被配置為基于所述地質(zhì)力學(xué)模型和所述操作數(shù)據(jù)來執(zhí)行所述水力壓裂模擬，其中所述模擬模塊被配置為確定用于裂縫破裂到所述地下地層的上表面所需的流體體積的估計(jì)范圍。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括地表模塊，其被配置為基于所述裂縫破裂到地層的上表面所需的流體體積的所述估計(jì)范圍來執(zhí)行井控操作。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述地表模塊被配置為從油田元件接收地下數(shù)據(jù)。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫，所述數(shù)據(jù)儲(chǔ)存庫鏈接到地質(zhì)力學(xué)模型生成模塊、操作數(shù)據(jù)生成模塊、以及所述模擬模塊中的至少一個(gè)，且被配置為接收、存儲(chǔ)和發(fā)送操作數(shù)據(jù)和地下數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)。15.一種包括軟件指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述軟件指令在由處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行一種方法，所述方法包括:與至少一個(gè)油田元件通信，包括發(fā)送命令和接收地層的地下數(shù)據(jù)；處理與井控操作有關(guān)的操作數(shù)據(jù)；基于所接收的地下數(shù)據(jù)來生成地質(zhì)力學(xué)模型；基于所述操作數(shù)據(jù)和所述地質(zhì)力學(xué)模型來模擬水力壓裂裂縫的產(chǎn)生和所述水力壓裂裂縫通過地層的擴(kuò)展；以及確定所述水力壓裂裂縫是否到達(dá)地層的上表面。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述發(fā)送命令包括發(fā)送命令到井控設(shè)配以將鉆井液注入到井的環(huán)形域中。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述發(fā)送命令包括發(fā)送命令到鉆井設(shè)備以調(diào)整鉆柱操作。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的包括軟件指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述軟件指令在由所述處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行的所述方法進(jìn)一步包括:當(dāng)確定所述水力壓裂裂縫到達(dá)所述地層的上表面時(shí)，輸出泵送到井中的流體的估計(jì)體積。19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的包括軟件指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述軟件指令在由所述處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行的所述方法進(jìn)一步包括:可視化地顯示模擬的水力壓裂裂縫。20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的包括軟件指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述軟件指令在由處理器執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行的所述方法進(jìn)一步包括:當(dāng)所述水力壓裂裂縫沒有到達(dá)地層的所述上表面時(shí)處理新的操作數(shù)據(jù)?！疚臋n編號(hào)】E21B47/08GK104204407SQ201380016544【公開日】2014年12月10日申請日期:2013年2月6日優(yōu)先權(quán)日:2012年2月6日【發(fā)明者】S·古馬羅夫,T·A·史卡諾夫,J·R·尤德羅斯,K·辛普森,V·V·阿諾欣,S·貝內(nèi)爾卡迪申請人:M-I有限公司