基于围岩本体Mogi-Coulomb强度准则的层理性岩层斜井井壁稳定模型
【图文】：
用实验为依据，引入欧拉变换充分考虑三维地应力方向的任意性，利用Mogi-Coulomb准则强化中主应力对围岩本体强度的影响，结合单弱面强度准则建立了分析层理性地层斜井井壁稳定性的模型，并进一步给出了计算斜井坍塌压力与破裂压力的方法与公式。本文关于斜井安全泥浆密度选取以及合理轨迹规划的结论与建议可为安全钻井施工提供理论指导。2井壁围岩应力分析2.1地应力坐标系、地理坐标系与井筒坐标系地下原岩的应力状态由岩体本身受荷状态和其经历的地质历史应力路径决定，因而大孝方向具有随机性和区域差异性。在图1中，假设地下实测地应力主方向与坐标系(OXYZ)3个主轴方向一致，即地应力坐标系下应力水平s[]为1s2300[]0000(1)(a)(b)图1地应力坐标系与地理坐标系Fig.1In-situandgeographiccoordinatesystem为不失一般性，引进3个欧拉角(，，，)[15]来实现地理坐标系与地应力坐标系之间的转换，过程如下：坐标系OXYZ先绕Z轴旋转角，再绕自身Y轴旋转角得到坐标系OXYZ(见图1(a))；最
3132332122231112131[]rrrrrrrrrR(2)其中，11rcoscos12rsincos13rsin21rcossinsinsincos22rsinsinsincoscos23rcossin31rcossincossinsin32rsinsincoscossin33rcoscos因此，地应力张量在不同坐标系下的转换关系为Ts1e1[][R][][R](3)式中：s[]为地应力坐标系下主地应力张量，e[]为地理坐标系下地应力张量，T1[R]为1[R]的转置矩阵。为方便描述斜井围岩应力状态及其井眼稳定性，须引进井筒坐标系(oxyz)与地理坐标系(OXYZ)之间转换关系如图2所示，此时只需要2个方位角(倾向/倾角)就可唯一确定斜井井筒的位置(对于水平井，倾角90°)。井筒坐标系与地理坐标系之间应力张量转换矩阵为2coscossincossin[]sincos0cossinsinsincosR(4)图2井筒坐标系与地理坐标系Fig.2Boreholeandgeographiccoordinatesystem因此，地应力在井筒坐标系与地理坐标系下的转换关系为Tb2e2[][R][][R](5)式中：b[]为井筒坐标系下的地应力张量。2.2井壁围岩应力计算在线弹性假定下，W.B.Bradley[16]建立了不考虑流体渗透影响的井壁围岩应力集中方程(见图3)：bbbb224224242bmp242114322cos(2)143sin(2)xyxyrxyaaarrraaaPPrrr(6a)bbbb2424113cos(2)22xyxyaarr42bmp4213sin(2)xyaaPPrr(6b)22bbbb222()cos(2)4zzxyxyaarrpsin(2)P(6c)bb24b24sin(2)cos(2)1232xyrxyaarr(6d)2bb2(cossin)1rzxzyzar(6e)2bb2(sincos)1zxzyzar
【作者单位】： 中国地质大学(北京)工程技术学院;建设综合勘查研究设计院有限公司;
【基金】：中央高校基本科研业务费专项基金项目(2652015080) 国土资源部公益性行业科研专项项目(201411054) 国家自然科学基金面上项目(11472249)~~
【分类号】：TE28
【参考文献】
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【二级参考文献】
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本文编号：2520448
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