基于多孔彈性力學理論的深井井底應力場分析

作者：呼懷剛,管志川,許玉強,韓超,劉永旺,梁德陽,路保平

摘要：基于Biot多孔彈性力學理論,分析復雜應力條件下井底巖石的受力情況,建立考慮時間效應的滲流場與應力場全耦合模型,通過數值求解得到井底應力、孔隙壓力隨時間的動態變化規律,計算結果與Warren模型進行對比驗證;結合三維莫爾庫倫準則建立井底巖石強度破壞的預測模型,使用自定義損傷函數分析井底應力狀況對巖石強度破壞的影響規律。通過計算損傷函數分析不同工況、不同時刻井底巖石的強度破壞情況。研究表明求解所建立的流固耦合模型可以實時評估井底巖石的動態響應情況,通常在鉆開井眼的瞬間三向應力達到最大值(壓應力),而在數十秒后三向應力會達到最小值(部分拉應力),數小時后井底巖石應力狀況趨于穩定;過平衡鉆井工況下,只在井眼打開瞬間近井底面而非井底面處存在強度破壞風險;欠平衡鉆井,當壓差大于1.75 MPa時,井底巖石在全時段出現強度破壞的趨勢,且隨壓差增大強度破壞區域擴大。

發文機構：中國石油大學（華東）石油工程學院 山東省深地鉆井過程控制工程技術研究中心 中國石化石油工程技術研究院

關鍵詞：鉆井多孔彈性時間效應井底應力場強度破壞三維莫爾庫倫準則drillingporoelastic mechanicstime effectbottom-hole stress distributionstrength failure3D Mohr-Coulomb criteria

分類號： TE242[石油與天然氣工程—油氣井工程]