全应力-应变条件下气体钻井井壁稳定性研究

气体钻井时井筒内压力较低,气体对井壁支撑较弱,井眼在原地应力作用下不可避免地会出现形变。若按照钻井液钻井时井壁稳定性评价方法进行气体钻井过程中井壁稳定性评价,得到的结果往往与实际施工情况不相符。气体经过喷嘴时发生温降,井筒内温度不同于原地温度,井壁会受到热应力作用,这对井壁围岩的受力状态也将产生较大影响。根据理想弹塑性软化模型,将岩石全应力应变过程简化为弹性、塑性软化和残余3个线性阶段,结合井筒传热理论得到的井筒内压力和温度分布,确定井壁热应力分布,进行井壁围岩应力分析建模。理论分析可知,所建模型具有一定的普适性。实例计算表明,在井底附近,井筒温度远低于地层原始温度,井壁产生的热应力对井壁岩石起到收缩的效果,抵消了一部分井壁围岩在地应力的作用下向井筒内膨胀的作用;而在井眼上部,由于井筒温度高于地层温度,井壁岩石在热应力的作用下发生膨胀,增强了井壁围岩向井筒内膨胀的作用;在进行气体钻井时井壁热应力对井壁稳定性的影响较为显著,井眼下部井壁稳定性得到强化,而井眼上部井壁不稳定性被加剧。