基于尖点位移突变模型的井壁稳定性分析.pdfVIP

第 12卷 第 13期 2012年5月 科 学 技 术 与 工 程 Vo1．12 No．13 May2012 l671— 1815(2012)13—3100—04 ScienceTechnologyandEngineering @ 2012 Sci．Tech．Engrg． 石油技术 基于尖点位移突变模型的井壁稳定性分析 温庆阳 杨秀娟 杨恒林 闰相祯 (中国石油大学 (华东)储运与建筑工程学院 ，青岛266555；中国石油集团钻井工程技术研究院 ，北京 100097) 摘 要 引入基于广义Hoek-Brown准则的有限元强度折减法。考虑井壁不同位置的水平方向位移与强度折减系数的非唯一 相关性，以及井壁失稳破坏时岩体变形的瞬时突变性，建立了井壁最大水平方向位移与强度折减系数的井壁稳定性尖点位移 突变模型。利用上述模型研究了井眼直径与井筒压力对井壁稳定性影响规律。结果表明，随着井眼直径的增加，井壁稳定性 安全系数降低速度越快。随着井筒压力的增大，井壁稳定性安全系数增加速度越快。 关键词 井壁稳定性 安全系数 Hoek．Brown准则 强度折减法 突变理论 中图法分类号 TE26； 文献标志码 A 在油气井钻井过程 中由于井壁失稳，导致接单 Hoek—Brown破坏准则的强度折减方法，认为m 、GSI 根困难、起下钻遇阻、遇卡、憋泵等事故和井下复杂 同比折减更符合折减方法合理性的两个基本标准： 情况，从而延误工程进度，造成巨大经济损失。已 与Mohr．Coulomb准则强度折减法的一致性和能否 有许多学者 对油气井井壁稳定性进行了研究。 体现节理岩体的真实破坏特征。其折减公式为： 以往这些研究多集 中于岩石的基本力学性质和影 ㈩ 响井壁稳定的钻井液性能两方面，没有考虑岩体变 F 形的非线性动态过程和井壁失稳破坏时岩体变形 式 (1)中，F为折减系数。 的瞬时突变性 。本文在利用有限元强度折减法分 在利用基于广义Hoek—Brown准则的强度折减 析井壁稳定性的过程中，引入突变理论建立了井壁 法进行井壁稳定性数值模拟过程中，折减系数初始 稳定性尖点位移突变模型，并应用该模型分析了井 值一般取值较小，如 1．01，确保井壁在初始载荷作 眼直径与井筒压力对井壁稳定性的影响规律。 用下的应力应变与实际情况相一致。 1 井壁稳定性分析的尖点位移突变模型建立 1．2 井壁稳定性尖点位移突变模型的建立 由于井壁的失稳过程既是一个最大水平位移 1．1 基于广义 Hoek-Brown准则的有限元强度折 突变 的过程又是井 壁岩石屈服断裂 突变 的过 减法 程 ，并且井壁内的最大水平方向位移是确定的， 李远耀等¨ 对 比了的3种不同的基于广义 因此运用有限元强度折减法进行井壁稳定性分析 时，建立井壁最大水平方向位移6与强度折减系数 2012年2月29日收到 国家重大专项 36课题 F的突变模型函数 (F)来判断井壁是否发生失稳。 (2011Z资助 由于尖点位移突变标准势函数为4次多项式， 第一作者简介：温庆阳(1986一)，男，汉族，中国石油大学 (华东)博 将井壁最大水平方向位移拟合成与强度折减系数 士研究生，研究方向：钻井安全及可靠性，E—m