不同粒径特征的砾石层井壁围岩破坏机制

塔里木油田大北区块新近系库车组是一套长段砾石地层,在钻井过程中多发生井壁坍塌、掉块等钻井复杂问题。而砾石地层具有的弱胶结和不连续的特点,使得基于连续介质力学的分析方法不能很好解释井周砾石剥落和掉块的机理。为此,首先对该区砾石层露头进行粒度分析、微观电镜扫描、室内三轴实验,获得了砾石层物理力学特性;进而采用非连续特性的离散元数值模拟方法,深入地分析了该套地层中砾石以及粒径分布对围岩破坏和井周裂缝扩展特征。研究结果表明:①砾岩破坏方式为劈裂,破裂面沿着砾石颗粒的胶结面扩展,形成一条呈锯齿状的破坏面;②井周的大颗粒砾石降低了井壁围岩的抗压强度,在井眼液压作用下,砾石层井壁产生掉块,形成以最小水平主应力方向为长轴的不规整崩落椭圆;③井壁在非均匀构造应力作用下,发育小粒径砾石地层裂缝沿着最小主应力方向扩展,砾石的分布对裂缝扩展的影响较小,而发育大粒径砾石地层中,裂缝在砾石大颗粒周围产生,优先向附近砾石集中区域扩展,改变初始裂缝传播路径,扩展速度更快,延伸距离更远,逐渐形成更大范围的破坏区域,导致井壁失稳。

拉森斯(Russenses)岩爆判据研究

Russenses岩爆判据是岩爆分析常用判据,为求出该判据中环向应力,先导出了krisch方程,借助于岩石应力状态分析,对岩体在不同的水平和垂直应力作用下发生岩爆的影响深度进行研究。结果表明,随着水平构造应力较垂直应力的增加,岩爆影响深度逐渐减少,垂直应力对岩爆影响显著。对Russeness岩爆判据进行推广,建立了用洞室埋深来表示的岩爆判据,得到了发生岩爆的临界埋深公式。该公式反映出岩性对岩爆的影响,验证了岩爆发生条件是高地应力和岩石脆弹性的论断。