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研究钻井过程岩石参数动态变化对井壁稳定影响机理,从整体上深入研究动态井壁稳定力学模型,为提出相应的工程解决方法,大幅度地降低井下复杂事故和提高钻井速度与降低钻井成本提供了科学依据。本文从理论分析、数值计算和模型试验等方面,对井壁稳定影响机理中的一些问题作了比较系统的研究,主要工作与结论如下:
1.提出了地破试验与差应变相结合测地应力的方法和地破试验与多极子测井相结合测地应力的方法,并较为成功地测试了地应力;
2.建立了动态岩石力学特性的测试方法与相应的模型;
3.建立了井眼系统与地层温度场耦合的物理和数值模型,计算模拟了考虑气液两相流条件下的井筒、地层温度场和压力场,获得钻进过程中井筒温度、压力变化规律;
4.建立了井壁围岩地层应力场分布理论模型,结合工程实际获得简化的应力分布模型,分析了井周应力分布规律,为井壁稳定性研究提供基础;
5.建立了井壁动态失稳模型;
6.循环钻井液经受地层的加热作用温度增加,有效钻井液密度的下降,受气侵、钻井液排量的影响更加明显;
7.水敏性地层坍塌压力与地层岩石自身化学组成、钻井液活度、井内与地层压差等有关系:
●钻井液活度与地层岩石活度差异更能显著影响井壁的稳定性;
●在低活度差条件下,坍塌压力先减小再变大的趋势,存在一个坍塌周期;而高活度差条件下,井壁更容易水化而不存在坍塌周期变短或消失;
●钻井过程要尽量保持活度平衡,适当提高钻井液密度可较大幅度地延长坍塌周期,从而为钻井争取更长的安全钻井时间。