硬脆性地层井眼失稳剪切破坏程度定量预测

钻井过程中,硬脆性地层的井壁失稳的主要形式为剪切破坏(坍塌或掉块)。由传统的井壁失稳力学模型设计出的钻井液密度值偏高,不利于提高钻井速度和降低钻井成本。然而,实钻过程中井眼往往存在一定的井径扩大现象,并产生一定程度的坍塌掉块而不会发生井壁失稳和井筒复杂事故。为此,有必要建立硬脆性地层井壁失稳程度的定量预测模型。根据硬脆性地层井壁破碎前仅出现弹性变形的特征,基于线弹性理论,推导出直井的井壁围岩应力模型,建立了井壁失稳(剪切破坏)程度与地应力、孔隙压力、岩石力学参数、井筒液柱压力之间的定量关系,并对主要影响因素进行了敏感性分析。对比实例井的实测数据,该模型计算结果与实钻情况一致,具有很好指导意义。

硬脆性地层钻井井眼剪切破坏程度定量预测

根据硬脆性地层破碎前只产生弹性变形而无塑性变形的特征,基于线弹性理论,推导了直井井周应力模型,建立了剪切破坏程度(塌块厚度和坍塌角)与地应力、孔隙压力、岩石力学性质、钻井液柱压力之间的定量关系。理论模型计算结果与实测数据十分吻合,具有较高精度。