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维普资讯 第 28卷 第 2期 钻 采 工 艺 VOI．28 NO．2 DRILLING PRoDUCTIoN TECHNoLOGY · 一7 · 井壁稳定地质力学分析 王桂华 ，徐 同台2 (1中国石油大学(华东)石油工程学院 2中国石油天然气总公司老干部局) 摘 要 ：系统分析 了各种地质力学参数 、井眼剖面参数对安全钻井液密度窗 口的影 响规律 ，这些参数有井斜 角 、方位角 、原地应力状态 、抗拉强度 、抗剪强度 、地层孔 隙压力 、有效应力系数和钻井液液柱压力对地层强度的影 响等。同时研究 了各参数定量变化对安全钻井液密度窗 口影响的敏感性 ，为提高地层三个压力剖面预测精度进一 步开展工作指明了方向。 关键词 ：井壁稳定；多孔介质弹性力学 ；原地应力状态 ；安全钻井液密度窗 口；坍塌压力 ；破裂压力 中图分类号：TE132 文献标识码：A 文章编号：1006—768x(2005)02—0007—04 近年来国内外对井壁稳定技术进行了大量的研 一 、 力学分析模型 究工作，主要分为钻井液化学方面的防塌机理研究 和岩石力学方面的优化钻井液密度 的研究。取得 了 1．井 眼模型 大量的研究成果 ，对深化认识井壁稳定问题奠定 了 t 对于井深为 h，井斜角为 y，方位角为 的任意 基础。但是迄今为止还存在大量有待解决的问题。 斜井眼，受到上覆岩层压力 dr 最大水平主应力 drH、 主要表现在如下几方面 ：在钻井液化学方面 ，还没有 最小水平主应力 的作用。井眼液柱压力为 P 找到一种不使沉积岩地层强度下降的水基钻井液体 地层孔隙压力为 P ，同时假设地层为均质、同性 、线 系，化学固壁强化井壁技术正在探索之中。在地质 弹性体。力学模型如图 1所示 。 力学研 究方面 ，自1990年杭州钻井液工作会议 以 来，井壁稳定的力学研究在我国逐步发展起来 ，现已 被广大现场工程技术人员所理解和接受 ，大多数油 田都进行了不同程度的研究工作。但是 由于井壁稳 定力学研究涉及的力学原理较深，相关参数较多，许 一 ＼ 多现场技术人员为此感到困惑和难于掌握 。同时， 还缺乏准确连续确定地层强度和原地应力状态的手 t ＼ 段。常规的室内实验方法只能确定局部地层的强度 和原地应力大小 ，而不能给出所有钻遇地层 的力学 图 1 斜 井井 眼力学模 型 性质。近年来使用最多的方法是利用声波测井等资 通过弹性力学分析可以求出井眼围岩的应力分 料间接获取地层的力学性质。在这种方法的使用过 布规律…，进而可 以发现最大应力 出现在井壁上。 程中，声波 资料一般没有横波数据 ，或其它资料不 因此判断井眼是否垮塌 ，一般从分析井壁上的应力 全，严重影响了预测的精度。况且在钻井过程中，水 状态开始 。井壁上一点的应力状态为： 基钻井液与地层之间会发生复杂的相互作用，使地 drrr=P 层产生水化应力和强度降低。因此 ，如何在现有条 件下准确预测地层 的稳定性是 目前急需解决 的问 croo=(dr+dr)一2(dr一6y)COS20—4r sin20 题。本文试图对影响井壁稳定的多个力学参数进行 一 P