考虑岩石弹塑性变形的井周应力场计算模型研究
发布时间：2021-04-10 03:12
针对煤岩、页岩等岩石具有弹塑性这一特性,考虑岩石非线性硬化与软化变形,并耦合工作液渗滤作用,沿井筒径向方向将地层分为塑性软化、塑性硬化和弹性区,根据弹性区与塑性区交界处应力连续的特点,建立了耦合工作液渗滤和岩石非线性硬化与软化变形的井壁应力场模型。分析表明,塑性区大小与井眼流体压力、泊松比和地层初始孔隙流体压力呈正相关关系,与岩石强度呈负相关关系。与弹性状态相比,岩石塑性变形降低了井眼应力集中效应,岩石塑性变形对井周径向应力影响较小,但会使井周周向应力增加。
【文章来源】：西南石油大学学报(自然科学版). 2020,42(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图１井眼受力分析图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｅｓｓ?ａｒｏｕｎｄ?ｔｈｅ?ｂｏｒｅｈｏｌｅ??
１－ｖ）??因此，考虑渗滤作用耦合孔隙压力条件下的弹??性ＫＪＥ力场为??ｒ＞２?＼?ｐ２??＼?，?Ｋｓ??ｃｒ〇??＋?７１＾?＋??（１?－?２ｕ）（ｐｗ?－?ｐｓ）??＾２（１－ｖ）＾??（１?－?２ｖ）（ｐｖ／?－?ｐｓ）??＾２（１－ｙ）＾??１?＋??ｆｒｗ＇??ｆｒｗ＇??（３１）??２．２塑性区应力场??２．２．１座力平衡方程??假设弁周岩石为岩石力学性质各向同性：的连续??介质，考虑其渗透性。围岩中取一微分体，其应力??状态如图２所示??（ｏ＇ｒ?＋?｜?｛ｒ?＋?ｄｒ）?ｄ９?－?ｃｒｒｒｄ＆?＋?ｉ?ｃｒｒ＾?＋?ｄｒ?ｃｏｓ?？??＼?ｏｒ?ｊ?＼?〇０?ｊ?２??ｃｒｒｄｄｒ?ｃｏｓ?＾?－?ｃｒｅｄｒｓｉｎ?－［ｅｒｅ?＋?ｄｒ?ｓｉｎ?＾?＋?＾ｐ－ｒｄｒｄｄ?＝?０??２?２?＼?〇０?ｊ?２?ｄｒ??图２微分体应力状态??Ｆｉｇ．?２?Ｓｔｒｅｓｓ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ?ｂｏｄｙ??由应力平衡条件，有??ｄ６＞??（３２）??（?ｄ（ｒｅＡ〇＼Ａ?ｄ６＞??＼ｃｒｇ＋—ｄｅｄｒｃ〇Ｓ－??ｃｒ，ｄｒｃｏｓ?ｙ?＋?［ａｒ０?＋?ｄｒ?ｓｉｎ?ｙ?＋??〇－ｒｅｄｒ?ｓｉｎ?＾?＋?（ｃｒｒｅ?＋?）?（ｒ?＋?ｄｒ）?ｄＯ?－?〇－ｒｅｒｄ０?＋?＾ｊ＾－ｒｄｒｄＯ?＝?０??２?＼?ｏｒ?ａ６??由于舶非常小，因此??．ｄＯ?ｄＯ??ｓｉｎ?—?＾?—??２?２??ｄ〇?＾??ｃｏｓ?—?￣?１??２??（３４）??应力平衡方程??ｄｏ￣ｒ?ｄｐ?ｃｒＹ?－?ｃｔｑ??ｄｒ?ｄｒ?ｒ??０??（３３
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【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑渗滤效应的压裂裸眼井破裂压力预测模型[J]. 曾凡辉,唐波涛,王涛,郭建春,肖勇军,张守仁. 天然气地球科学. 2019(04)
[2]欠平衡钻井煤层井壁稳定有限元数值计算研究[J]. 李玉梅,苏中,张涛,张德龙,于丽维,思娜. 系统仿真学报. 2018(11)
[3]基于塑性损伤理论的软泥页岩地层井壁稳定性分析[J]. 张鹏伟,孙峰,叶贵根,薛世峰. 力学与实践. 2018(03)
[4]煤层气直井地层破裂压力计算模型[J]. 杨兆中,刘云锐,张平,李小刚,易良平. 石油学报. 2018(05)
[5]弹塑性地层水力压裂起裂模式及起裂压力研究[J]. 郭建春,何颂根,邓燕. 岩土力学. 2015(09)
[6]页岩层理对水平井井壁稳定的影响[J]. 马天寿,陈平. 西南石油大学学报(自然科学版). 2014(05)
本文编号：3128842
【文章来源】：西南石油大学学报(自然科学版). 2020,42(05)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图１井眼受力分析图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｓｔｒｅｓｓ?ａｒｏｕｎｄ?ｔｈｅ?ｂｏｒｅｈｏｌｅ??
１－ｖ）??因此，考虑渗滤作用耦合孔隙压力条件下的弹??性ＫＪＥ力场为??ｒ＞２?＼?ｐ２??＼?，?Ｋｓ??ｃｒ〇??＋?７１＾?＋??（１?－?２ｕ）（ｐｗ?－?ｐｓ）??＾２（１－ｖ）＾??（１?－?２ｖ）（ｐｖ／?－?ｐｓ）??＾２（１－ｙ）＾??１?＋??ｆｒｗ＇??ｆｒｗ＇??（３１）??２．２塑性区应力场??２．２．１座力平衡方程??假设弁周岩石为岩石力学性质各向同性：的连续??介质，考虑其渗透性。围岩中取一微分体，其应力??状态如图２所示??（ｏ＇ｒ?＋?｜?｛ｒ?＋?ｄｒ）?ｄ９?－?ｃｒｒｒｄ＆?＋?ｉ?ｃｒｒ＾?＋?ｄｒ?ｃｏｓ?？??＼?ｏｒ?ｊ?＼?〇０?ｊ?２??ｃｒｒｄｄｒ?ｃｏｓ?＾?－?ｃｒｅｄｒｓｉｎ?－［ｅｒｅ?＋?ｄｒ?ｓｉｎ?＾?＋?＾ｐ－ｒｄｒｄｄ?＝?０??２?２?＼?〇０?ｊ?２?ｄｒ??图２微分体应力状态??Ｆｉｇ．?２?Ｓｔｒｅｓｓ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ?ｂｏｄｙ??由应力平衡条件，有??ｄ６＞??（３２）??（?ｄ（ｒｅＡ〇＼Ａ?ｄ６＞??＼ｃｒｇ＋—ｄｅｄｒｃ〇Ｓ－??ｃｒ，ｄｒｃｏｓ?ｙ?＋?［ａｒ０?＋?ｄｒ?ｓｉｎ?ｙ?＋??〇－ｒｅｄｒ?ｓｉｎ?＾?＋?（ｃｒｒｅ?＋?）?（ｒ?＋?ｄｒ）?ｄＯ?－?〇－ｒｅｒｄ０?＋?＾ｊ＾－ｒｄｒｄＯ?＝?０??２?＼?ｏｒ?ａ６??由于舶非常小，因此??．ｄＯ?ｄＯ??ｓｉｎ?—?＾?—??２?２??ｄ〇?＾??ｃｏｓ?—?￣?１??２??（３４）??应力平衡方程??ｄｏ￣ｒ?ｄｐ?ｃｒＹ?－?ｃｔｑ??ｄｒ?ｄｒ?ｒ??０??（３３
第５期??李小刚，等：考虑岩石弹塑性变形的井周应力场计算模型研究??１３９??０．５?■?＿＊一塑性硬化区??塑性软化区??０??１?１?＇??３５?４０?４５?５０??井眼流体压力／ＭＰａ??图３井眼流体压力对塑性区范围影响??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｗｅｌｌｂｏｒｅ?ｆｌｕｉｄ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｚｏｎｅ??３．１．２岩石强度对塑性区范围影响分析??将表２中的参数代人本文建立．的模型，得到塑??性区范围随岩石强度的变化关系，如４所示。从??图４可知，相同条件下，岩石强度越大，塑性硬化区??半径和塑性软化区半径都越小，即塑性区越小Ｐ由??此可知，岩石强度越小，越容易发生塑性变形。??表２岩体强度对塑性区范围影响分析计算参数??Ｔａｂ．?２?Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｒｏｃｋ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ??ｏｎ?ｔｈｅ?ｒａｎｇｅ?ｏｆ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｚｏｎｅ??ｒｊｍ??ｃｒｈ／ＭＰａ??／７ｗ／ＭＰａ??／７ｓ／ＭＰａ??ｅｓ／无因次??ｅ。／无因次??ｉＶ无因次??４００??２０??４２??１０??０．０１??０．０２??０．２５??图４岩石强度对塑性区范围影响??Ｆｉｇ．?４?Ｔｈｅ?ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｒｏｃｋ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｐｌａｓｔｉｃ?ｚｏｎｅ??３．１．３泊松比对塑性１：范围影响分析??将表：３中的參数代人本文所：建立＝的模塑，得到??塑性区范围随泊松比的变化关系，如图５所Ｓｉ从??图５可知，相同条件下，泊松比越大，塑性硬化区半??径和塑性软化区半径都越大
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑渗滤效应的压裂裸眼井破裂压力预测模型[J]. 曾凡辉,唐波涛,王涛,郭建春,肖勇军,张守仁. 天然气地球科学. 2019(04)
[2]欠平衡钻井煤层井壁稳定有限元数值计算研究[J]. 李玉梅,苏中,张涛,张德龙,于丽维,思娜. 系统仿真学报. 2018(11)
[3]基于塑性损伤理论的软泥页岩地层井壁稳定性分析[J]. 张鹏伟,孙峰,叶贵根,薛世峰. 力学与实践. 2018(03)
[4]煤层气直井地层破裂压力计算模型[J]. 杨兆中,刘云锐,张平,李小刚,易良平. 石油学报. 2018(05)
[5]弹塑性地层水力压裂起裂模式及起裂压力研究[J]. 郭建春,何颂根,邓燕. 岩土力学. 2015(09)
[6]页岩层理对水平井井壁稳定的影响[J]. 马天寿,陈平. 西南石油大学学报(自然科学版). 2014(05)
本文编号：3128842
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