【摘要】：層理性地層中進(jìn)行大斜度井施工的井壁失穩(wěn)問(wèn)題較為突出,在傳統(tǒng)井壁穩(wěn)定模型基礎(chǔ)上,以弱面對(duì)巖石強(qiáng)度的弱化作用實(shí)驗(yàn)為依據(jù),引入歐拉變換充分考慮三維地應(yīng)力方向的任意性,利用Mogi-Coulomb準(zhǔn)則強(qiáng)化中主應(yīng)力對(duì)圍巖本體強(qiáng)度的影響,結(jié)合單弱面強(qiáng)度準(zhǔn)則建立分析層理性地層斜井井壁穩(wěn)定問(wèn)題的模型,并進(jìn)一步給出計(jì)算斜井坍塌壓力與破裂壓力的方法與公式。實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果表明:當(dāng)加載方向與弱面夾角為30°時(shí)巖石強(qiáng)度最低;Mogi-Coulomb準(zhǔn)則因考慮了中主應(yīng)力的影響而對(duì)圍巖本體強(qiáng)度的估計(jì)更為有效;考慮層理弱面影響的井壁坍塌破壞區(qū)域明顯增大,破壞位置也發(fā)生改變;取得最小坍塌壓力值的鉆井方向在空間中與層理面并非簡(jiǎn)單的垂直關(guān)系;空間中關(guān)于地應(yīng)力主平面對(duì)稱的井孔破裂壓力相同。利用所建模型進(jìn)行安全泥漿壓力窗口的計(jì)算可為安全鉆井以及斜井軌跡設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
【圖文】：

用實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，引入歐拉變換充分考慮三維地應(yīng)力方向的任意性，利用Mogi-Coulomb準(zhǔn)則強(qiáng)化中主應(yīng)力對(duì)圍巖本體強(qiáng)度的影響，結(jié)合單弱面強(qiáng)度準(zhǔn)則建立了分析層理性地層斜井井壁穩(wěn)定性的模型，并進(jìn)一步給出了計(jì)算斜井坍塌壓力與破裂壓力的方法與公式。本文關(guān)于斜井安全泥漿密度選取以及合理軌跡規(guī)劃的結(jié)論與建議可為安全鉆井施工提供理論指導(dǎo)。2井壁圍巖應(yīng)力分析2.1地應(yīng)力坐標(biāo)系、地理坐標(biāo)系與井筒坐標(biāo)系地下原巖的應(yīng)力狀態(tài)由巖體本身受荷狀態(tài)和其經(jīng)歷的地質(zhì)歷史應(yīng)力路徑?jīng)Q定，因而大孝方向具有隨機(jī)性和區(qū)域差異性。在圖1中，假設(shè)地下實(shí)測(cè)地應(yīng)力主方向與坐標(biāo)系(OXYZ)3個(gè)主軸方向一致，即地應(yīng)力坐標(biāo)系下應(yīng)力水平s[]為1s2300[]0000(1)(a)(b)圖1地應(yīng)力坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系Fig.1In-situandgeographiccoordinatesystem為不失一般性，引進(jìn)3個(gè)歐拉角(，，，)[15]來(lái)實(shí)現(xiàn)地理坐標(biāo)系與地應(yīng)力坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，過(guò)程如下：坐標(biāo)系OXYZ先繞Z軸旋轉(zhuǎn)角，再繞自身Y軸旋轉(zhuǎn)角得到坐標(biāo)系OXYZ(見(jiàn)圖1(a))；最

3132332122231112131[]rrrrrrrrrR(2)其中，11rcoscos12rsincos13rsin21rcossinsinsincos22rsinsinsincoscos23rcossin31rcossincossinsin32rsinsincoscossin33rcoscos因此，地應(yīng)力張量在不同坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換關(guān)系為Ts1e1[][R][][R](3)式中：s[]為地應(yīng)力坐標(biāo)系下主地應(yīng)力張量，e[]為地理坐標(biāo)系下地應(yīng)力張量，T1[R]為1[R]的轉(zhuǎn)置矩陣。為方便描述斜井圍巖應(yīng)力狀態(tài)及其井眼穩(wěn)定性，須引進(jìn)井筒坐標(biāo)系(oxyz)與地理坐標(biāo)系(OXYZ)之間轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示，此時(shí)只需要2個(gè)方位角(傾向/傾角)就可唯一確定斜井井筒的位置(對(duì)于水平井，傾角90°)。井筒坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系之間應(yīng)力張量轉(zhuǎn)換矩陣為2coscossincossin[]sincos0cossinsinsincosR(4)圖2井筒坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系Fig.2Boreholeandgeographiccoordinatesystem因此，地應(yīng)力在井筒坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換關(guān)系為Tb2e2[][R][][R](5)式中：b[]為井筒坐標(biāo)系下的地應(yīng)力張量。2.2井壁圍巖應(yīng)力計(jì)算在線彈性假定下，W.B.Bradley[16]建立了不考慮流體滲透影響的井壁圍巖應(yīng)力集中方程(見(jiàn)圖3)：bbbb224224242bmp242114322cos(2)143sin(2)xyxyrxyaaarrraaaPPrrr(6a)bbbb2424113cos(2)22xyxyaarr42bmp4213sin(2)xyaaPPrr(6b)22bbbb222()cos(2)4zzxyxyaarrpsin(2)P(6c)bb24b24sin(2)cos(2)1232xyrxyaarr(6d)2bb2(cossin)1rzxzyzar(6e)2bb2(sincos)1zxzyzar
【作者單位】： 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)工程技術(shù)學(xué)院;建設(shè)綜合勘查研究設(shè)計(jì)院有限公司;
【基金】：中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金項(xiàng)目(2652015080) 國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201411054) 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(11472249)~~
【分類號(hào)】：TE28

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2520448