论文部分内容阅读
实际地层本身含有裂缝、胶结差、甚至无胶结的破碎带,再加上钻井过程中的诱导裂缝,井眼周围的地层并不是连续的。一般情况下,这种不连续性不太严重时,它往往被忽略。但是当地层中裂缝较为发育时,地层的不连续特性将严重影响井壁稳定。本文用“不连续地层”这个术语,来概括表示不连续特性较强的地层。不连续地层主要包括层理、裂隙发育的硬脆性泥页岩地层,破裂带和破碎性地层(煤层),这类地层中井径扩大和井壁失稳(剥落掉块)是现场生产中常见和比较棘手的问题。 对于连续介质岩体的井壁失稳问题,现场实际做法是提高钻井液密度或更换钻井液体系,或者两者同时并进。这对连续介质化学敏感性地层比较奏效,但对于非化学敏感的破碎性地层,往往奏效不大,有时加重钻井液密度,井壁失稳更加严重。这说明破裂介质岩体井壁失稳机理与连续介质有所不同。 不连续裂缝的存在,极大地改变了岩层的力学性质,不仅使岩石本身的强度降低,也改变了承受载荷时岩石内部的应力分布,使岩石的粘聚力和内摩擦角变小,在同样载荷作用下岩石更易破坏。同时,裂缝的存在,使钻井液更容易侵入岩体内部,钻井液的机械水力辟裂作用和促进水化的特性更是加剧了井壁的失稳。 鉴于所研究问题的复杂性,本文简化实际地下岩层的不连续特性,拟在实际井眼环境,考虑钻井液和泥饼的封堵作用下,裂缝及其周围井壁岩层的渗流场,应力场及其耦合效应,分析井周应力分布和裂缝稳定性,分析各种参数变化对井壁稳定和裂缝扩张、稳定的影响。 本文采用有限元法和孔弹性理论来研究自然裂缝地层中的井眼行为。使用有限裂缝长度和所定义裂缝尖端的裂缝模型,同时考虑流体通过裂缝和岩石基质中的流动,研究了不同参数对所分析问题的影响。为了减小模型的大小和求解时间,本文应用了二维模型,通过广义平面应变理论和等温边界条件求解。