基于多孔弹性力学理论的深井井底应力场分析

作者：呼怀刚,管志川,许玉强,韩超,刘永旺,梁德阳,路保平

摘要：基于Biot多孔弹性力学理论,分析复杂应力条件下井底岩石的受力情况,建立考虑时间效应的渗流场与应力场全耦合模型,通过数值求解得到井底应力、孔隙压力随时间的动态变化规律,计算结果与Warren模型进行对比验证;结合三维莫尔库伦准则建立井底岩石强度破坏的预测模型,使用自定义损伤函数分析井底应力状况对岩石强度破坏的影响规律。通过计算损伤函数分析不同工况、不同时刻井底岩石的强度破坏情况。研究表明求解所建立的流固耦合模型可以实时评估井底岩石的动态响应情况,通常在钻开井眼的瞬间三向应力达到最大值(压应力),而在数十秒后三向应力会达到最小值(部分拉应力),数小时后井底岩石应力状况趋于稳定;过平衡钻井工况下,只在井眼打开瞬间近井底面而非井底面处存在强度破坏风险;欠平衡钻井,当压差大于1.75 MPa时,井底岩石在全时段出现强度破坏的趋势,且随压差增大强度破坏区域扩大。

发文机构：中国石油大学（华东）石油工程学院 山东省深地钻井过程控制工程技术研究中心 中国石化石油工程技术研究院

关键词：钻井多孔弹性时间效应井底应力场强度破坏三维莫尔库伦准则drillingporoelastic mechanicstime effectbottom-hole stress distributionstrength failure3D Mohr-Coulomb criteria

分类号： TE242[石油与天然气工程—油气井工程]