【摘要】：為了優(yōu)選井壁坍塌壓力預(yù)測的巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則,在綜合評價(jià)M-C,MG-C和E.MG-C準(zhǔn)則特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合孔彈性地層井周地應(yīng)力,對保持井壁穩(wěn)定的臨界井底壓力隨方位角、井斜角的變化規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明:忽略中間主應(yīng)力的M-C準(zhǔn)則預(yù)測結(jié)果過于保守,線性MG-C準(zhǔn)則得到了坍塌壓力的最低值,考慮巖石高應(yīng)力區(qū)非線性破壞特征的E.MG-C準(zhǔn)則預(yù)測結(jié)果居中,但在高井斜角情況下,E.MG-C準(zhǔn)則預(yù)測結(jié)果會小于MG-C的預(yù)測結(jié)果,反映出巖石非線性破壞特征對井壁坍塌壓力的影響。不同地應(yīng)力狀態(tài)下,最佳井眼軌跡均位于最大和最小地應(yīng)力平面內(nèi),且平行或偏向于最大地應(yīng)力方向,原地應(yīng)力分布狀況和井眼的實(shí)際空間狀態(tài)也在很大程度上決定了井眼的穩(wěn)定性。該研究成果有利于為鉆井工程設(shè)計(jì)、井眼軌跡優(yōu)化提供更加精確和全面的建議。
【圖文】：

儲層為孔彈性介質(zhì)，并考慮有效應(yīng)力理論，采用考慮中間主應(yīng)力影響的三維MG-C以及E.MG-C準(zhǔn)則，預(yù)測了任意井斜角和井斜方位井眼的坍塌壓力，并將預(yù)測結(jié)果與經(jīng)典的M-C準(zhǔn)則進(jìn)行了對比，優(yōu)選巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則，更加合理地確定安全鉆井液密度窗口。2孔彈性地層井周應(yīng)力井周地應(yīng)力分布是井壁穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)，深部地層受三大主地應(yīng)力的作用，井周應(yīng)力受地應(yīng)力、井斜角和井眼方位角(井眼軸線的水平投影與最大水平地應(yīng)力的夾角)的控制。當(dāng)井眼方向偏離鉛垂方向時(shí)，，需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將地應(yīng)力轉(zhuǎn)換到井眼坐標(biāo)系下，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖1所示。圖1井眼坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系Fig.1Conversionofcoordinateschart假設(shè)地層為孔彈性均勻連續(xù)介質(zhì)[12]，斜井井壁處應(yīng)力分量：w00000w0000002()cos(2)4sin(2)[2()cos(2)4sin(2)]2(sincos)00rxyxyxyzzxyxyzxzyzrrzPP，，(1)式中：wP為井底液柱壓力，r，，z，z分別為井周徑向應(yīng)力、周向應(yīng)力、垂向應(yīng)力和剪切應(yīng)力；0x，0y，0z，000xyxzyz，，均為直角坐標(biāo)系下井周應(yīng)力分量。當(dāng)井斜和方位一定時(shí)，井壁應(yīng)力狀態(tài)僅是的函數(shù)，不難看出，和z隨變化的增減性一致，因此可在同一位置處取得最大值或最小值，令d/d0(2)求解式(2)可得10010012arctan2π12arctan22xyxyxyxy(3)井壁周向應(yīng)力在1或2處取得極值。在確定井壁應(yīng)力極值點(diǎn)后，把計(jì)算的應(yīng)力與相應(yīng)的強(qiáng)度準(zhǔn)則對比，可判斷井壁穩(wěn)定與否。由于井壁穩(wěn)定分析中采用的破壞準(zhǔn)則大部分是以主應(yīng)力來表示，因此，H()XX1Y1YXZZZ1v()XYh

者成線性關(guān)系，與中間主應(yīng)力無關(guān)，而中間主應(yīng)力必定對材料的失效存在一定的影響。實(shí)際上，自該準(zhǔn)則建立以來，關(guān)于中間主應(yīng)力對巖石強(qiáng)度的討論從未停止。A.M.Al-Ajmi[6]提出了一種真三軸作用下的巖石破壞準(zhǔn)則，即Mogi-Coulomb準(zhǔn)則：oct22m2ab，(7)222oct1213321()()()3(8)式中：oct為八面體剪應(yīng)力，1，2，3分別為最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力。MG-C準(zhǔn)則在oct和m2，空間基本成線性關(guān)系，參數(shù)a為該直線在oct軸的截距，而參數(shù)b為該直線的斜率(見圖2)。圖2Mogi-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則準(zhǔn)則破壞包絡(luò)線Fig.2Mogi-Coulombfailureenvelop線性的M-C和MG-C準(zhǔn)則不適應(yīng)描述膨脹巖體和蠕變巖體的強(qiáng)度特征，對低應(yīng)力區(qū)和高應(yīng)力區(qū)的巖石強(qiáng)度也不能給予很好的解釋；大量的巖石強(qiáng)度試驗(yàn)證實(shí)，在高應(yīng)力區(qū)，材料強(qiáng)度曲線為雙曲線型。M.You[9]認(rèn)為，非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則更能準(zhǔn)確描述巖石的破壞機(jī)制，A.M.Al-Ajmi[6]在考慮了巖石強(qiáng)度非線性包絡(luò)線和MG-C準(zhǔn)則基礎(chǔ)上提出了ExtendMogi-Coulomb(E.MG-C)準(zhǔn)則：2oct33m23m2abc，，(9)式中：a3，b3為與巖石的黏聚力、內(nèi)摩擦角有關(guān)的參數(shù)；3c為高應(yīng)力區(qū)巖石強(qiáng)度曲線的非線性性質(zhì)的參數(shù)，由巖石強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)擬合得到。A.M.Al-Ajmi[6]基于大量巖石三軸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對MG-C和E.MG-C強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明這2種準(zhǔn)則對巖石等脆性材料力學(xué)破壞特征的描述比傳統(tǒng)的M-C準(zhǔn)則更加精確，而E.MG-C準(zhǔn)則不僅合理考慮了中間主應(yīng)力的影響，還能夠反應(yīng)巖石在高應(yīng)力環(huán)境中的非線性破壞特征。在此基礎(chǔ)上，文中還證明了MG-C和E.MG-C準(zhǔn)則中的參數(shù)可以直接根據(jù)假三軸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到，在實(shí)驗(yàn)條件有限或缺乏巖石真三軸應(yīng)力條件下巖石強(qiáng)度
【作者單位】： 西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金石油化工聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目(U1262209);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51274172) 四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2014JY0092)~~
【分類號】：TE21

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 殷有泉;陳朝偉;;用穩(wěn)定性理論和方法研究井壁坍塌問題[J];北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年04期

2 程萬;金衍;陳勉;徐彤;陳剛;;一種基于頁巖損傷規(guī)律的井壁坍塌壓力確定方法[J];石油鉆探技術(shù);2014年02期

3 孫玉學(xué);王媛慧;李玉蓮;趙誠;;乾安地區(qū)井壁坍塌機(jī)理及鉆井液技術(shù)研究[J];鉆井液與完井液;2009年05期

4 高志強(qiáng);李守眾;常領(lǐng);張吉平;;用打撈法處理井壁坍塌掉塊[J];西部探礦工程;2010年11期

5 王金鳳,鄧金根,李賓;井壁坍塌破壞過程的數(shù)值模擬及井徑擴(kuò)大率預(yù)測[J];石油鉆探技術(shù);2000年06期

6 馮永存;蔚寶華;鄧金根;李曉蓉;;水化作用對南海東部泥頁巖地層井壁坍塌的影響分析[J];海洋石油;2012年02期

7 譚強(qiáng);鄧金根;張勇;黃熠;蔚寶華;陳永浩;;各向異性地層定向井井壁坍塌壓力計(jì)算方法[J];斷塊油氣田;2010年05期

8 李培超;李培倫;曹麗杰;;斜井坍塌壓力計(jì)算公式的理論研究[J];上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年01期

9 李昌順;董煥玉;姜積王;孫文宗;;烏南9區(qū)塊井壁坍塌復(fù)雜成因和技術(shù)對策研討[J];內(nèi)蒙古石油化工;2011年05期

10 張衛(wèi)東;李孟;姜在興;;煤層氣井壁坍塌破裂準(zhǔn)則研究[J];中國煤層氣;2011年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 徐莎莎;煤層氣水平井井壁坍塌實(shí)時(shí)監(jiān)測診斷系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];西南石油大學(xué);2014年

本文編號：2543493