温度对岩石力学特性及井壁稳定性的影响.PDFVIP

第４０卷　第５期 钻　　　采　　　工　　　艺 Ｖｏｌ４０　 Ｎｏ５ 　　　　　　　　　　　　　ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ·１５· 钻井工艺 温度对岩石力学特性及井壁稳定性的影响 贾利春，陈　东，黄　兵 （中国石油川庆钻探工程公司钻采工程技术研究院） 　　贾利春等．温度对岩石力学特性及井壁稳定性的影响．钻采工艺，２０１７，４０（５）：１５－１８ 摘　要：高温下地层岩石力学特性会发生明显转变，因此井壁稳定分析时需考虑温度的影响。文章开展了不 同温度下岩石三轴压缩试验，分析计算了井壁当量坍塌压力和破裂压力随温度变化规律。试验结果表明，抗压强 度和弹性模量均随着温度升高而逐渐降低，而泊松比随着温度升高先升高后降低。利用ＭｏｈｒＣｏｕｌｏｍｂ准则、Ｍｏｇｉ Ｃｏｕｌｏｍｂ准则和拉伸破坏准则分析了不同温度下井壁当量坍塌压力和当量破裂压力，结果表明随着温度降低，当量 坍塌压力降低的幅度小于当量破裂压力降低幅度，安全钻井液密度范围逐渐变窄；随着温度升高，当量坍塌压力升 高的幅度小于当量破裂压力升高幅度，安全钻井液密度范围逐渐变宽。由于ＭＣ准则未考虑中间主应力 的影 σ ２ 响，所得结果较保守；随着温度升高，安全井眼轨迹分布区域略微减小。 关键词：温度；岩石力学；井壁应力；强度准则；井壁稳定；坍塌压力；破裂压力 ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１００６－７６８Ｘ．２０１７．０５．０５ ［１４］ 　　随着深部油气勘探开发的不断发展，深井和超 维持井壁稳定的钻井液密度 。何湘清计算了井 ［１－２］ ［１５］ 深井的钻探规模日益扩大 。深井和超深井普遍 壁应力随温度变化规律 。王兴隆分析了温度变 处于高温、高压环境，因此钻井工程中所面临风险和 化对井周地层孔隙压力的影响，指出冷却钻井液可 挑战也越来越高［３－４］。由于高温作用会导致地层岩 ［１６］ 以降低近井壁地层孔隙压力 。蔚宝华、王炳印、 石力学性质发生明显转变，而且钻井液循环会对井 Ｙａｎ等研究了直井井壁坍塌压力和破裂压力随温度 周地层温度产生扰动改变井壁应力状态，因此高温 的变化规律［１７－２０］。本文在上述研究基础上开展温 地层中钻井时需考虑温度对井壁稳定的影响［５－２０］。 度变化对斜井井壁稳定影响的研究，利用ＭｏｈｒＣｏｕ 对于温度对岩石力学特性的影响，众多学者对其进 ｌｏｍｂ准则、ＭｏｇｉＣｏｕｌｏｍｂ准则和拉伸破坏准则分析 行了广泛研究［５－１２］。朱合华通过高温前后熔结凝 井壁当量坍塌压力和破裂压力随温度变化规律。 灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的单轴压缩试验 一、温度对岩石力学特性影响 分析了３种岩石强度和破坏特征随温度变化规 ［５］ 律 。孟召平采用三轴压缩试验建立了砂岩力学 １．温度下岩石强度试验 性质与温度和压力之间的相关关系。张连英对大理 采用砂岩开展不同温度下三轴压缩试验，将岩 岩、石灰岩和砂岩在０～８００℃温度下的力学性能进 样加工成 ２５ｍｍ ×５０ｍｍ的圆柱体，分别在０ ［６］