椭圆井眼井壁坍塌压力计算模型（开题报告）

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1、开题报告论文题目：椭圆井眼井壁坍塌压力计算模型研究填表说明1、学科名称填写：油气井工程、油气田开发工程、油气储运工程、海洋油气工程、流体力学、石油与天然气工程（专业学位）包括研究方向“油气井工程、油气田开发工程、油气储运工程、海洋油气工程”。2、研究生学位论文中期检查表中的一至五项必须打卬（宋体5号，行距1.25）,其它项用钢笔或碳素笔填写。3、此表用A4纸打印，于左侧简装成册。各栏不够时，可加页，保持表格整版整页。4、学位论文开题论证结束后，本表分别由研究生、导师、所在学院和研究生院各存档一份。5、中期检查时，研究生应向检查小组专家提交专家签字的此份开题报告。目的意义和

2、国内外研究概况（一）椭圆井眼研究现状1991年，于雄鹰⑴提出了用椭圆形井眼长短轴半径和地层的力学参数计算算地层应力的新方法;进而通过对椭圆形井眼周围岩石应力分布的分析，对不同岩性的地层确定了不同的井眼稳定性条件。在此基础上，提出了在保持井壁稳定的条件下实行近平衡钻井的原则以及钻井所需泥浆密度使用范围。这对于保护油气层、降低钻井成本和提高钻井质量都具有指导意义。与此同时，于雄鹰还针对不同岩石地层井壁发生破坏的形式做了详细解释，且对椭圆井眼井周应力分布做了详细的推导。1996年，陈永明⑵分析了由井眼崩落造成的椭圆形井眼的井壁稳定问题。推导出了椭圆形井眼的地层破坏压力和地层坍塌

3、压力的计算式，结果表明椭圆井眼的破裂圧力及坍塌压力都比圆形井眼要大，从而提高了钻井液密度设计的下限。陈永明给出了椭圆井眼井壁坍塌压力及破裂压力的计算模型，但无详细的推导过程，所选用的岩石强度破坏准则为Mohr-Coulomb准则。设6、分别为最大、最小水平主地应力，Pm为井眼钻井液液柱压力；根据井眼崩落分析。椭圆形井眼的长轴是在最小水平地应力方向，如图L1所示：°】01图1椭圆井眼最小水平地应力方向根据弹性力学原理，井壁上的应力分布为（压应力取正、拉应力取负）：_1-rn2+2m一2cos2&1-一2m+2cos2&°°①1+m2-2mcos2^°1+//22-2mcos

4、2^1-3m2+2mcos23m1+m2-2mcos2^式中:5=伫a-bm=a+b式中：6—井壁周向应力井壁径向应力a、b—椭圆的长、短轴井壁围岩町近似视为处于平面应变的状态，则:q=6-“(5+6)+“Q&+6)式屮：az—井壁岩石垂向应力6—上覆岩层压力U—岩石泊松比考虑到地层的空隙压力，岩石骨架上的有效应力为：6=0-aPpq=q_aPp式中：a一Biot常数Pp一地层空隙压力，由于6>O2，可以证明cos20,即8=0或兀时，％最大:(y0=(y0-aPp6=6-叫cy'z=(yz-aPl)当cos20=-l,即0=±兀/2时，Go最小：//^min=2「+

5、1-匕2~_1圆形井眼为椭圆井眼的一个特例，即当沪b时，则有：(6)巧唤=3©-込一Pm^min=彳①一0-P„,根据井壁上的应力分布，井壁上的最大主应力差血・6发生在最小水平主应力方向，当Rn减小时增加，当超过岩石强度时就会发生剪切破坏。目前常用的强度准则为Mohr-Coulomb强度准则：T=C七Otg(p(7)式中：C、申一岩石的内聚力和内摩擦力，t、o—剪切面上的剪应力和正应力。若用主应力表达为：.2Ccos01+sin69o9=——+———(8)l-sin©1-sin。・I将有效应力、6代入上式可以得到：/-—+aPpsin0一Ccoscpa.—(1-sin0

6、)+sin°2—1—Pt=Pltl-‘b式中R为地层坍塌压力。圆形井眼的地层坍塌压力为:Ps=（3q-①）一+Q©sin^9-Ceos可以证明，椭圆形井眼的坍塌压力大于圆形井眼。将式（4）变形：（一(10)内曲=36-5-化+2f一1（5一化）(11)由于0]>Pm，故椭圆井眼最大主应力差大于圆形井眼。这说明椭圆井眼易坍塌，钻井时需要适当提高钻井液密度。因此按照圆形井眼计算的坍塌压力设计钻井液密度低限是不合理的，也是不安全的。市于井眼液柱压力的波动以及钻井液对井壁的冲刷。井眼崩落是不可避免的。因此在计算地层坍塌压力时，应当统计地层倾角测井资料，适当考虑井眼的椭圆度。19

7、98年，孙学增⑶应用复变函数解析祛，推导出椭圆井眼的井壁岩石应力状态方程式，对椭圆度影响井眼的拉伸和挤毁破坏状志进行了计算，并和圆井眼进行了对比。应力集屮是造成拉伸和挤毁破坏的美键因素，椭圈并眼的初始破裂压力位置和圆井眼的破裂位置相差90°,当无因次井眼压力等于1.0时，井眼将处于临界挤毁状态。该论文用到了椭圆■双曲坐标系，因此在计算椭圆井眼井壁坍塌应力的时候要注意坐标与坐标之间的转换。2004年，李军，陈勉⑷等人根据多孔弹性理论，对易坍塌地层井壁围岩的应力分布进行了分析,得出了易坍塌地层的井眼为椭圆形的结论。针对易坍塌地层的