本發(fā)明涉及油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，尤其涉及一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別方法及裝置。

背景技術(shù)：

儲(chǔ)層是油氣賦存的場(chǎng)所,也是油氣勘探開(kāi)發(fā)的直接目的層。例如，在碳酸鹽巖儲(chǔ)層中常見(jiàn)溶洞發(fā)育，溶洞的尺寸從數(shù)米到數(shù)十米不等，由于在鉆井過(guò)程中無(wú)法預(yù)知前方是否將會(huì)鉆遇溶洞或無(wú)法識(shí)別前方鉆遇溶洞的大小，經(jīng)常導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)事故和經(jīng)濟(jì)損失。

鉆井過(guò)程中識(shí)別儲(chǔ)層中溶洞大小一直是國(guó)際難題，因此，亟需一種精確預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中溶洞大小的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別方法及裝置，以解決在鉆井過(guò)程中識(shí)別儲(chǔ)層中溶洞大小這一難題，實(shí)現(xiàn)精確的預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中溶洞大小。

本發(fā)明第一個(gè)方面提供一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別方法，包括：

根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)的溶洞尺寸大小，對(duì)每種尺寸的溶洞建立其儲(chǔ)層的力學(xué)模型；

根據(jù)所述儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以所述溶洞為中心，計(jì)算圍繞所述溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；

根據(jù)所述地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算得到儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；

根據(jù)所述儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定所述鉆頭反扭矩與所述儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；

獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的實(shí)測(cè)數(shù)值，將所述實(shí)測(cè)數(shù)值與所述理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定所述目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，得到所述力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的溶洞尺寸大小。

本發(fā)明另一個(gè)方面提供一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別裝置，包括構(gòu)建模塊、第一計(jì)算模塊、第二計(jì)算模塊、第三計(jì)算模塊、識(shí)別模塊；

其中，所述構(gòu)建模塊，用于根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)的溶洞尺寸大小，對(duì)每種尺寸的溶洞建立其儲(chǔ)層的力學(xué)模型；

所述第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以所述溶洞為中心，計(jì)算圍繞所述溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；

所述第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算得到儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；

所述第三計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定所述鉆頭反扭矩與所述儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；

所述識(shí)別模塊，用于獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的實(shí)測(cè)數(shù)值，將所述實(shí)測(cè)數(shù)值與所述理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定所述目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，得到所述力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的溶洞尺寸大小。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過(guò)建立包含預(yù)設(shè)尺寸溶洞的儲(chǔ)層的力學(xué)模型；根據(jù)所述儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以所述溶洞為中心，計(jì)算圍繞所述溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；根據(jù)所述地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；根據(jù)所述儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定所述鉆頭反扭矩與所述儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩的實(shí)測(cè)數(shù)值，將所述實(shí)測(cè)數(shù)值與所述理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定所述目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，確定溶洞尺寸大小。本發(fā)明可精確預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中溶洞大小。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲取其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別方法的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲取的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

首先，對(duì)本發(fā)明涉及的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)、畸變能密度和鉆頭反扭矩的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。

巖石因受到地?zé)?、自轉(zhuǎn)、引力、擠壓等因素影響，而向外界產(chǎn)生的欲恢復(fù)其原來(lái)形態(tài)的作用力，稱為地應(yīng)力。儲(chǔ)層巖石受到地應(yīng)力作用，在儲(chǔ)層溶洞洞口為中心的一定區(qū)域內(nèi)形成地應(yīng)力場(chǎng)。地應(yīng)力場(chǎng)與地質(zhì)形態(tài)有關(guān)，例如上覆材料的重量，從地表至儲(chǔ)層所在深度，不同深度分布有不同種類巖石，其巖石密度和厚度均不同，因此影響著不同深度的地應(yīng)力場(chǎng)。同時(shí)，溶洞大小不同，其周邊的地應(yīng)力場(chǎng)也不同。

巖石受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部積蓄能量，存貯了一定的形變能，謂之畸變能密度。溶洞周邊的地應(yīng)力場(chǎng)的不同，對(duì)應(yīng)溶洞周邊各點(diǎn)的畸變能密度不同。通過(guò)利用相似原理實(shí)驗(yàn)確定儲(chǔ)層畸變能密度對(duì)鉆頭反扭矩的影響規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層畸變能密度大，儲(chǔ)層易破碎，鉆頭產(chǎn)生的反扭矩較大；儲(chǔ)層畸變能密度小，儲(chǔ)層不易破碎，鉆頭產(chǎn)生的反扭矩較小。由此建立溶洞大小與其相對(duì)應(yīng)的鉆頭反扭矩的聯(lián)系。

基于這一特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)分析不同大小溶洞周邊各點(diǎn)的鉆頭反扭矩，并在實(shí)際鉆井過(guò)程中監(jiān)測(cè)鉆頭反扭矩變化規(guī)律，與實(shí)驗(yàn)分析所得的不同大小溶洞周邊各點(diǎn)的鉆頭反扭矩對(duì)比，從而精確識(shí)別溶洞大小，同時(shí)提出有針對(duì)性的鉆井和開(kāi)發(fā)方案。

實(shí)施例一

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別方法的流程示意圖，如圖1所示，本實(shí)施例的方法可以包括：

步驟101：根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)的溶洞尺寸大小，對(duì)每種尺寸的溶洞建立其儲(chǔ)層的力學(xué)模型；

儲(chǔ)層的力學(xué)模型可以為多種形狀的幾何模型，例如可以為內(nèi)部包含不同大小溶洞的正方體模型。正方體模型中包含的溶洞為橢球形，不同大小的溶洞具有不同的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度，根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度的組合，確定溶洞尺寸大小，進(jìn)而對(duì)每種長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度的組合的溶洞建立其儲(chǔ)層的力學(xué)模型。同時(shí)，包含不同大小溶洞的正方體模型的邊長(zhǎng)相同。

正方體模型中x、y軸為水平方向軸，z軸為豎直軸，溶洞及圍巖的幾何模型與邊界條件，正方體模型側(cè)面沿x、y軸方向受周圍巖石的擠壓作用，正方體底面沿z軸負(fù)方向受重力作用；正方體模型頂面受上覆巖層壓力。因此除頂面外的正方體模型的五個(gè)面約束正方體模型沿x、y、z三個(gè)方向上的位移。

同時(shí)，使用有限元方法在正方體模型上劃分網(wǎng)格，將正方體模型劃分為有限多個(gè)互聯(lián)的小單元，通過(guò)對(duì)每個(gè)小單元進(jìn)行限定條件，例如限定每個(gè)小單元的物理力學(xué)參數(shù)，可以精確獲取正方體模型各區(qū)域的物理力學(xué)特性。

步驟102：根據(jù)儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以溶洞為中心，計(jì)算圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；

巖石因受到地?zé)?、自轉(zhuǎn)、引力、擠壓等因素影響，而向外界產(chǎn)生的欲恢復(fù)其原來(lái)形態(tài)的作用力，稱為地應(yīng)力。儲(chǔ)層巖石受到地應(yīng)力作用，在儲(chǔ)層溶洞洞口為中心的一定區(qū)域內(nèi)形成地應(yīng)力場(chǎng)。地應(yīng)力場(chǎng)與地質(zhì)形態(tài)有關(guān)，例如上覆材料的重量，從地表至儲(chǔ)層所在深度，不同深度分布有不同種類巖石，其巖石密度和厚度均不同，因此影響著不同深度的地應(yīng)力場(chǎng)。同時(shí)，溶洞大小不同，其周邊的地應(yīng)力場(chǎng)也不同。

溶洞周邊圍巖的地應(yīng)力場(chǎng)隨著距離溶洞洞口的遠(yuǎn)近而變化，在溶洞周邊選取溶洞軸長(zhǎng)的5倍范圍內(nèi)的圍巖，使用有限元方法限定每個(gè)小單元的物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)。

正方體模型側(cè)面沿x、y軸方向地應(yīng)力場(chǎng)作用，通過(guò)計(jì)算溶洞周邊的地應(yīng)力場(chǎng)分布，可見(jiàn)圍繞不同大小溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)存在顯著的差異。

步驟103：根據(jù)地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算得到儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；

巖石受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部積蓄能量，存貯了一定的形變能，謂之畸變能密度。由于圍繞不同大小溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)的不同，對(duì)應(yīng)溶洞周邊各點(diǎn)的畸變能密度不同。根據(jù)圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算其對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層畸變能密度。獲取圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層深度，同時(shí)根據(jù)與儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層畸變能密度數(shù)值，確定儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系。

步驟104：根據(jù)儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；

鉆頭反扭矩為鉆頭在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭旋轉(zhuǎn)接觸巖石而受到的作用力。儲(chǔ)層畸變能密度大，儲(chǔ)層越易破碎，則鉆頭受到的反扭矩越大。相反，儲(chǔ)層畸變能密度小，儲(chǔ)層越不易破碎，則鉆頭受到的反扭矩越小。根據(jù)儲(chǔ)層畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，以及儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，可以計(jì)算出儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系。不同尺寸溶洞在相同的儲(chǔ)層深度，其對(duì)應(yīng)的鉆頭反扭矩?cái)?shù)值不同，得到鉆頭反扭矩的理論數(shù)值。

步驟105：獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的實(shí)測(cè)數(shù)值，將實(shí)測(cè)數(shù)值與理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，得到力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的溶洞尺寸大小。

在含有目標(biāo)溶洞的儲(chǔ)層實(shí)際鉆井時(shí)，在鉆頭上安裝應(yīng)變監(jiān)測(cè)元件。應(yīng)變監(jiān)測(cè)元件將扭矩信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并傳至地面。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄鉆頭反扭矩在不同儲(chǔ)層深度的實(shí)測(cè)數(shù)值。

將鉆頭反扭矩在某一儲(chǔ)層深度的實(shí)測(cè)數(shù)值與預(yù)先建立的力學(xué)模型中相同儲(chǔ)層深度對(duì)應(yīng)的反扭矩的理論數(shù)值對(duì)比，確定反扭矩的實(shí)測(cè)數(shù)值與哪一種力學(xué)模型中的反扭矩的理論數(shù)值相同，即可確定目標(biāo)溶洞的尺寸大小。

本實(shí)施例通過(guò)建立包含預(yù)設(shè)尺寸溶洞的儲(chǔ)層的力學(xué)模型；根據(jù)所述儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以所述溶洞為中心，計(jì)算圍繞所述溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；根據(jù)所述地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；根據(jù)所述儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定所述鉆頭反扭矩與所述儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩的實(shí)測(cè)數(shù)值，將所述實(shí)測(cè)數(shù)值與所述理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定所述目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，確定溶洞尺寸大小。本實(shí)施例可精確預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中溶洞大小。

實(shí)施例二

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別方法的流程示意圖，如圖2所示，本實(shí)施例的方法可以包括：

步驟201：根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)的溶洞尺寸大小，確定不同尺寸的溶洞對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層的物理力學(xué)參數(shù)；

儲(chǔ)層的力學(xué)模型可以為多種形狀的幾何模型，例如可以為內(nèi)部包含不同大小溶洞的正方體模型。正方體模型中包含的溶洞為橢球形，不同大小的溶洞具有不同的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度，根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度的組合，確定溶洞尺寸大小，進(jìn)而對(duì)每種長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度的組合的溶洞建立其儲(chǔ)層的力學(xué)模型。同時(shí)，包含不同大小溶洞的正方體模型的邊長(zhǎng)相同。

正方體模型中x、y軸為水平方向軸，z軸為豎直軸，溶洞及圍巖的幾何模型與邊界條件，正方體模型側(cè)面沿x、y軸方向受周圍巖石的擠壓作用，正方體底面沿z軸負(fù)方向受重力作用；正方體模型頂面受上覆巖層壓力。因此除頂面外的正方體模型的五個(gè)面約束正方體模型沿x、y、z三個(gè)方向上的位移。

可選的，根據(jù)溶洞的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度，確定不同尺寸的溶洞對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層的物理力學(xué)參數(shù)。例如確定不同尺寸的溶洞對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層的彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角、黏聚力、抗拉強(qiáng)度。

步驟202：根據(jù)所述物理力學(xué)參數(shù)，建立所述尺寸的溶洞對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層的力學(xué)模型；

使用有限元方法在正方體模型上劃分網(wǎng)格，將正方體模型劃分為有限多個(gè)互聯(lián)的小單元，通過(guò)對(duì)每個(gè)小單元進(jìn)行限定條件，例如限定每個(gè)小單元的物理力學(xué)參數(shù)。每個(gè)小單元的物理力學(xué)參數(shù)包括：彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角、黏聚力、抗拉強(qiáng)度。

通過(guò)使用有限元方法在正方體模型上劃分網(wǎng)格，可以精確建立正方體模型各區(qū)域的物理力學(xué)參數(shù)。

步驟203：根據(jù)儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以溶洞為中心，計(jì)算圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力、儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力和儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力；

巖石因受到地?zé)?、自轉(zhuǎn)、引力、擠壓等因素影響，而向外界產(chǎn)生的欲恢復(fù)其原來(lái)形態(tài)的作用力，稱為地應(yīng)力。儲(chǔ)層巖石受到地應(yīng)力作用，在儲(chǔ)層溶洞洞口為中心的一定區(qū)域內(nèi)形成地應(yīng)力場(chǎng)。地應(yīng)力場(chǎng)與地質(zhì)形態(tài)有關(guān)，例如上覆材料的重量，從地表至儲(chǔ)層所在深度，不同深度分布有不同種類巖石，其巖石密度和厚度均不同，因此影響著不同深度的地應(yīng)力場(chǎng)。同時(shí)，溶洞大小不同，其周邊的地應(yīng)力場(chǎng)也不同。

溶洞周邊圍巖的地應(yīng)力場(chǎng)隨著距離溶洞洞口的遠(yuǎn)近而變化，在溶洞周邊選取溶洞軸長(zhǎng)的5倍范圍內(nèi)的圍巖，使用有限元方法限定每個(gè)小單元的物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)。

正方體模型側(cè)面沿x、y軸方向地應(yīng)力場(chǎng)作用，通過(guò)計(jì)算溶洞周邊的地應(yīng)力場(chǎng)分布，可見(jiàn)圍繞不同大小溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)存在顯著的差異。

可選的，圍繞不同大小溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)包括儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力、儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力和儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力。根據(jù)儲(chǔ)層的力學(xué)模型的物理力學(xué)參數(shù)，以及公式一、公式二和公式三，分別可以計(jì)算儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力、儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力和儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力。

公式一：

其中，σv為儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力；ρi為地層巖石密度；表示從地表到儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)多種巖層，每種巖層的密度不同；g為重力加速度，取9.8m/s²；hi為地層巖石厚度，表示從地表到儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)多種巖層，每種巖層的厚度不同。

公式二：

其中，σh為儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力；σv為儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力；e為儲(chǔ)層的彈性模量；μ為儲(chǔ)層的泊松比；pp為上覆地層壓力；α為biot系數(shù)；εh、εh為構(gòu)造應(yīng)變系數(shù)。

公式三：

其中，σh為儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力；σv為儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力；e為儲(chǔ)層的彈性模量；μ為儲(chǔ)層的泊松比；pp為上覆地層壓力；α為biot系數(shù)；εh、εh為構(gòu)造應(yīng)變系數(shù)。

通過(guò)公式一、公式二和公式三計(jì)算圍繞不同大小溶洞分布的儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力、儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力和儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力大小，精確獲取圍繞不同大小溶洞分布的地應(yīng)力場(chǎng)云圖，直觀獲取各區(qū)域儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)大小。不同尺寸溶洞在相同的儲(chǔ)層深度，其對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力、儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力和儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力不同。

步驟204：獲取井眼軌跡上預(yù)設(shè)點(diǎn)位置，確定預(yù)設(shè)點(diǎn)位置在儲(chǔ)層中的深度；

根據(jù)井眼軌跡，確定儲(chǔ)層畸變能密度的計(jì)算軌跡。井眼為鉆頭從地表鉆進(jìn)儲(chǔ)層所經(jīng)過(guò)的軌跡。在井眼軌跡向溶洞逐漸接近的方向上，選取多個(gè)畸變能密度計(jì)算點(diǎn)作為預(yù)設(shè)點(diǎn)位置。

可選的，從距溶洞洞頂10m位置到距洞頂2m位置之間選取多個(gè)畸變能密度計(jì)算點(diǎn)作為預(yù)設(shè)點(diǎn)位置。

通過(guò)靈活的設(shè)計(jì)和選取預(yù)設(shè)點(diǎn)位置，可以獲取不同儲(chǔ)層深度的畸變能密度，使計(jì)算畸變能密度時(shí)涵蓋的井眼軌跡更多，以使計(jì)算結(jié)果更加精確。

步驟205：根據(jù)儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力、儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力和儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力，計(jì)算預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處的畸變能密度；

巖石受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部積蓄能量，存貯了一定的形變能，謂之畸變能密度。由于圍繞不同大小溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)的不同，對(duì)應(yīng)溶洞周邊各點(diǎn)的畸變能密度不同。根據(jù)圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算其對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層畸變能密度。

預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處的畸變能密度取決于預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處的垂向地應(yīng)力、預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處的水平最小主應(yīng)力、預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處的水平最大主應(yīng)力和預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處對(duì)應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)。根據(jù)公式四計(jì)算預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處的畸變能密度。

公式四：

其中，ud為畸變能密度；σh為儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力；σh為儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力；σv為儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力；e為儲(chǔ)層的彈性模量；μ為儲(chǔ)層的泊松比。

步驟206：將預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層深度與畸變能密度相結(jié)合，得到儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系。

根據(jù)預(yù)設(shè)點(diǎn)位置在儲(chǔ)層中的深度，以及與儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層畸變能密度數(shù)值，確定儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系。不同尺寸溶洞在相同的儲(chǔ)層深度，其對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層畸變能密度不同。

步驟207：根據(jù)儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；

鉆頭反扭矩為鉆頭在儲(chǔ)層中鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭旋轉(zhuǎn)接觸巖石而受到的作用力。儲(chǔ)層畸變能密度大，儲(chǔ)層越易破碎，則鉆頭受到的反扭矩越大。相反，儲(chǔ)層畸變能密度小，儲(chǔ)層越不易破碎，則鉆頭受到的反扭矩越小。

可以通過(guò)多種方式確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層畸變能密度的定量關(guān)系。舉例來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)相似原理，通過(guò)等比例縮小力學(xué)模型，實(shí)驗(yàn)確定不同地應(yīng)力場(chǎng)條件下，鉆頭的反扭矩與儲(chǔ)層畸變能密度的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層畸變能密度的定量關(guān)系，具體包括：

根據(jù)儲(chǔ)層的力學(xué)模型，選取等比例縮小的巖石塊建立巖塊模型，巖塊模型中包含等比例縮小的溶洞。在等比例縮小的溶洞周邊的選取多個(gè)鉆頭反扭矩計(jì)算點(diǎn)，利用實(shí)際鉆井裝置鉆進(jìn)巖塊模型上的多個(gè)鉆頭反扭矩計(jì)算點(diǎn)，獲取巖塊模型中不同深度對(duì)應(yīng)的鉆頭反扭矩。同時(shí)，在儲(chǔ)層的力學(xué)模型中選取與等比例縮小的巖塊模型中的多個(gè)鉆頭反扭矩計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)的多個(gè)儲(chǔ)層畸變能密度計(jì)算點(diǎn)，根據(jù)多個(gè)儲(chǔ)層畸變能密度計(jì)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算多個(gè)儲(chǔ)層畸變能密度計(jì)算點(diǎn)的地應(yīng)力場(chǎng)，根據(jù)多個(gè)儲(chǔ)層畸變能密度計(jì)算點(diǎn)的地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算多個(gè)儲(chǔ)層畸變能密度計(jì)算點(diǎn)的儲(chǔ)層畸變能密度，以獲取不同儲(chǔ)層深度的儲(chǔ)層畸變能密度。最后，根據(jù)力學(xué)模型中不同深度的儲(chǔ)層畸變能密度和巖塊模型中對(duì)應(yīng)深度的鉆頭反扭矩，擬合獲得鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層畸變能密度的定量關(guān)系。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的鉆頭反扭矩與畸變能密度的定量關(guān)系，如公式五所示：

公式五：mbt＝kud+c；

其中，mbt為鉆頭反扭矩；ud為儲(chǔ)層畸變能密度；k、c為實(shí)驗(yàn)參數(shù)；具體的，k的取值在0.7左右，c的取值在-1～1之間。

根據(jù)儲(chǔ)層畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的定量關(guān)系，以及儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，可以計(jì)算出儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系。不同尺寸溶洞在相同的儲(chǔ)層深度，其對(duì)應(yīng)的鉆頭反扭矩?cái)?shù)值不同，由此得到不同儲(chǔ)層深度的鉆頭反扭矩的理論數(shù)值。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層畸變能密度的定量關(guān)系，使二者關(guān)系更加精確，使計(jì)算出的與儲(chǔ)層深度對(duì)應(yīng)鉆頭反扭矩的理論數(shù)值更加精確。

步驟208：獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的實(shí)測(cè)數(shù)值，將實(shí)測(cè)數(shù)值與理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，得到力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的溶洞尺寸大小。

在含有目標(biāo)溶洞的儲(chǔ)層實(shí)際鉆井時(shí)，在鉆頭上安裝應(yīng)變監(jiān)測(cè)元件。應(yīng)變監(jiān)測(cè)元件將扭矩信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并傳至地面。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄鉆頭反扭矩在不同儲(chǔ)層深度的實(shí)測(cè)數(shù)值。

將鉆頭反扭矩在某一儲(chǔ)層深度的實(shí)測(cè)數(shù)值與預(yù)先建立的力學(xué)模型中相同儲(chǔ)層深度對(duì)應(yīng)的反扭矩的理論數(shù)值對(duì)比，確定反扭矩的實(shí)測(cè)數(shù)值與哪一種力學(xué)模型中的反扭矩的理論數(shù)值相同，即可確定目標(biāo)溶洞的尺寸大小。

本實(shí)施例通過(guò)建立包含預(yù)設(shè)尺寸溶洞的儲(chǔ)層的力學(xué)模型；根據(jù)所述儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以所述溶洞為中心，計(jì)算圍繞所述溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；根據(jù)所述地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；根據(jù)所述儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定所述鉆頭反扭矩與所述儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩的實(shí)測(cè)數(shù)值，將所述實(shí)測(cè)數(shù)值與所述理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定所述目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，確定溶洞尺寸大小。本實(shí)施例可精確預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中溶洞大小。

實(shí)施例三

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別裝置示意圖，如圖3所示，本實(shí)施例的裝置可以包括：構(gòu)建模塊31、第一計(jì)算模塊32、第二計(jì)算模塊33、第三計(jì)算模塊34、識(shí)別模塊35；

其中，構(gòu)建模塊31，用于根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)的溶洞尺寸大小，對(duì)每種尺寸的溶洞建立其儲(chǔ)層的力學(xué)模型；

第一計(jì)算模塊32，用于根據(jù)儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以溶洞為中心，計(jì)算圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；

第二計(jì)算模塊33，用于根據(jù)地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算得到儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；

第三計(jì)算模塊34，用于根據(jù)儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；

識(shí)別模塊35，用于獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的實(shí)測(cè)數(shù)值，將實(shí)測(cè)數(shù)值與理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，得到力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的溶洞尺寸大小。

關(guān)于本實(shí)施例中的裝置，其中各個(gè)模塊執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說(shuō)明。

本實(shí)施例通過(guò)建立包含預(yù)設(shè)尺寸溶洞的儲(chǔ)層的力學(xué)模型；根據(jù)儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以溶洞為中心，計(jì)算圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；根據(jù)地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；根據(jù)儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩的實(shí)測(cè)數(shù)值，將實(shí)測(cè)數(shù)值與理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，確定溶洞尺寸大小。本實(shí)施例可精確預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中溶洞大小。

實(shí)施例四：

圖4為本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種溶洞大小的隨鉆識(shí)別裝置示意圖，如圖4所示，本實(shí)施例的裝置可以包括：構(gòu)建模塊41、第一計(jì)算模塊42、第二計(jì)算模塊43、第三計(jì)算模塊44、識(shí)別模塊45；

其中，構(gòu)建模塊41，用于根據(jù)多個(gè)預(yù)設(shè)的溶洞尺寸大小，對(duì)每種尺寸的溶洞建立其儲(chǔ)層的力學(xué)模型；

第一計(jì)算模塊42，用于根據(jù)儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以溶洞為中心，計(jì)算圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；

第二計(jì)算模塊43，用于根據(jù)地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算得到儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；

第三計(jì)算模塊44，用于根據(jù)儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；

識(shí)別模塊45，用于獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的實(shí)測(cè)數(shù)值，將實(shí)測(cè)數(shù)值與理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，得到力學(xué)模型對(duì)應(yīng)的溶洞尺寸大小。

可選的，構(gòu)建模塊41具體包括：參數(shù)確定單元411、處理單元412；

其中，參數(shù)確定單元411，用于根據(jù)溶洞的尺寸，確定尺寸的溶洞對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層的物理力學(xué)參數(shù)。

具體的，物理力學(xué)參數(shù)具體包括：儲(chǔ)層的彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角、黏聚力、抗拉強(qiáng)度。

處理單元412，用于根據(jù)物理力學(xué)參數(shù)，建立尺寸的溶洞對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層的力學(xué)模型。

第一計(jì)算模塊42具體包括：第一計(jì)算單元421、第二計(jì)算單元422、第三計(jì)算單元423；

其中，第一計(jì)算單元421，用于計(jì)算儲(chǔ)層的垂向地應(yīng)力；

第二計(jì)算單元422，用于計(jì)算儲(chǔ)層的水平最小主應(yīng)力；

第三計(jì)算單元423，用于計(jì)算儲(chǔ)層的水平最大主應(yīng)力。

第二計(jì)算模塊43具體包括：第一確定單元431、第二確定單元432、第三確定單元433；

其中，第一確定單元431，用于獲取井眼軌跡上預(yù)設(shè)點(diǎn)位置，并確定預(yù)設(shè)點(diǎn)位置在儲(chǔ)層中的深度；

第二確定單元432，用于根據(jù)地應(yīng)力場(chǎng)，計(jì)算預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處的畸變能密度；

第三確定單元433，用于將預(yù)設(shè)點(diǎn)位置處對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層深度與畸變能密度相結(jié)合，得到儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系。

關(guān)于本實(shí)施例中的裝置，其中各個(gè)模塊執(zhí)行操作的具體方式已經(jīng)在有關(guān)該方法的實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處將不做詳細(xì)闡述說(shuō)明。

本實(shí)施例通過(guò)建立包含預(yù)設(shè)尺寸溶洞的儲(chǔ)層的力學(xué)模型；根據(jù)儲(chǔ)層的力學(xué)模型，以溶洞為中心，計(jì)算圍繞溶洞分布的儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)；根據(jù)地應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系；根據(jù)儲(chǔ)層深度與儲(chǔ)層畸變能密度之間的關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的畸變能密度與鉆頭反扭矩之間的關(guān)系，確定鉆頭反扭矩與儲(chǔ)層深度之間的理論數(shù)值；獲取目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層的鉆頭反扭矩的實(shí)測(cè)數(shù)值，將實(shí)測(cè)數(shù)值與理論數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)溶洞儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)的力學(xué)模型，確定溶洞尺寸大小。本實(shí)施例可精確預(yù)測(cè)儲(chǔ)層中溶洞大小。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò)程序指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，前述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，執(zhí)行包括上述方法實(shí)施例的步驟；而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：rom、ram、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。