基于多孔弹性力学理论的深井井底应力场分析

• 作者: 刘永旺 呼怀刚 梁德阳 管志川 许玉强 路保平 韩超
• 来源期刊: 中国石油大学学报（自然科学版）
• 学科: 工学
• 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
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 石油钻采工程
• 页码范围: 52-61
• 页数: 10页
• 分类号: TE242
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1673-5005.2020.05.007

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.