井壁穩(wěn)定性若干力學(xué)問題的研究.pdf

1、井壁失穩(wěn)問題是石油鉆井過程中普遍存在并一直困擾石油工業(yè)界的一個(gè)重大問題。鉆井過程中井壁失穩(wěn)易造成井壁垮塌、縮徑、漏失、卡鉆及儲層污染等井下復(fù)雜情況和事故，嚴(yán)重制約了油氣田勘探開發(fā)的發(fā)展。在油氣勘探開發(fā)中鉆井費(fèi)用占了勘探開發(fā)總費(fèi)用的50％～80％，研究和應(yīng)用具有先進(jìn)、適用性的鉆井技術(shù)是降低鉆井成本的關(guān)鍵。
　　 鉆井過程是地下工程，涉及到復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因而井壁失穩(wěn)問題是國內(nèi)外石油鉆井界十分關(guān)注和亟待解決的難題之一。論文從力學(xué)的角

2、度，應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)、彈塑性力學(xué)、有限變形彈塑性理論、斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)理論對井壁穩(wěn)定機(jī)理進(jìn)行研究。
　　 1、巖石材料的強(qiáng)度（破壞）準(zhǔn)則在鉆井工程中發(fā)揮著基礎(chǔ)作用，對于硬脆巖石它為巖石材料的破壞提供判定標(biāo)準(zhǔn)，而對于塑性變形巖石，它是進(jìn)一步建立巖石彈塑性本構(gòu)關(guān)系重要的基礎(chǔ)。論文對巖石材料的強(qiáng)度（破壞）準(zhǔn)則進(jìn)行了評述。在材料為均勻各向同性時(shí)，考慮到巖石材料從彈性到非線性變形過程的連續(xù)性，認(rèn)為采用雙參數(shù)強(qiáng)度準(zhǔn)則，不但給處理問題帶來方便，

3、同時(shí)也具有物理意義上的合理性。
　　 2、當(dāng)井眼完鉆后，在井眼周圍引起應(yīng)力重新分布，形成井壁周圍的應(yīng)力集中。在外載荷作用下，井壁內(nèi)部區(qū)域介質(zhì)由于彈性而進(jìn)入塑性變形階段。將地層巖石視為多孔彈塑性介質(zhì)，建立了考慮孔隙壓力和滲流作用的影響以及巖石拉、壓屈服強(qiáng)度不等的SD效應(yīng)的井壁穩(wěn)定問題的理論分析模型。采用自相似假設(shè)，對井壁周圍巖石進(jìn)行了彈塑性力學(xué)分析，給出了井壁周圍的應(yīng)力和位移分布。
　　 3、在巖鹽層和塑性泥巖層中的井眼縮

4、徑問題的研究是鉆井工程關(guān)注問題之一。從變形量級的分析和現(xiàn)場觀測的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，采用小變形理論分析井眼的縮徑具有明顯的缺陷。應(yīng)用有限變形次彈--塑性理論，建立了井眼的縮徑模型，分析井眼附近力學(xué)量隨外載荷和本構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律，力圖為巖石材料本構(gòu)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定和調(diào)節(jié)鉆井液密度防止井眼失穩(wěn)提供理論參考依據(jù)。
　　 4、針對井壁附近的軟巖在有限變形過程中產(chǎn)生的井眼擠毀問題，采用有限變形彈性理論研究井眼從圓形變形到橢圓形的變化過程，探討了井

5、眼擠毀的力學(xué)機(jī)理。
　　 5、通常在巖層中存在大量的隨機(jī)分布的缺陷（孔洞、微裂紋等），巖石的微結(jié)構(gòu)對井眼的穩(wěn)定性有根本性的影響作用。在鉆井工程中，人們把泥巖層作為含微裂紋的準(zhǔn)脆性材料加以研究。論文采用細(xì)觀力學(xué)和斷裂力學(xué)相結(jié)合的方法，對井壁穩(wěn)定性的問題中的井壁坍塌和地層破壞進(jìn)行了定量的分析，確定了鉆井液密度的范圍。
　　 井壁失穩(wěn)問題是一個(gè)復(fù)雜和需要進(jìn)一步開展研究的問題，隨著能源需求的加大和石油工業(yè)的不斷發(fā)展，解決井壁失穩(wěn)