井壁稳定问题的断裂损伤力学机理的研究

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1、井壁稳定问题的断裂损伤力学机理的研究摘要并壁失稳问题是石油钻井过程中普遍存在并一直是困扰石油工业界的一个大问题。据保守的估计，井壁失稳每年会给世界石油工业造成约5—6亿美元的损失。由于钻井过程是地下工程，涉及到复杂的、千变万化的地质结构而且由井壁失稳引起和诱发的其它井下事故对钻井工程危害极大，使得该问题成为一个十分复杂且带有世界性的难题，一直受到国内外石油钻井界的关注，是国内外钻井技术界一直坚持不懈努力攻关的重要内容。井壁稳定机理的研究表明，井壁失稳问题既有力学问题，也有化学问题，而化学问题最终仍然反映到力学问题上。

2、论文在对地层坍塌压力、破裂压力调研的基础上，根据地质力学、弹塑性力学、断裂力学和损伤力学理论，从力学角度对井壁稳定机理进行研究。1、应用断裂力学和细观损伤力学理论，从细观损伤力学的观点分析了微裂纹开裂的条件，扩展方向，研究脆性岩石的变形机理。通过对井壁围岩的受力状态进行分析计算，并结合岩石破坏准则，建立了地层坍塌压力、破裂压力的计算力学模型。在模型中综合考虑了岩石力学特征、岩石的断裂韧性(一r)和裂纹细观尺度对井壁地层坍塌压力、破裂压力的影响。用一种新方法重新考察和研究钻井工程中的井壁失稳问题。2、在建立非线性损伤本

3、构方程的基础上，结合采用细观力学方法所建立的初始损伤压力条件，给出井眼周围的损伤场。损伤区的尺度和损伤区的应力分布与岩石材料力学特征、微结构参数和几何尺度相关，从而为研究井壁失稳的损伤坍塌机理与坍塌规律提供新的思路。3、钻井是破碎岩石形成并眼的过程，井眼的形成对相对稳定的原地应力场产生扰动，同时远场应力也在井壁岩石上产生较强的应力集中，在岩盐层和塑性泥岩层，经常发生井眼的扩孔和缩径。从变形的量级上分析，在工程中井眼的缩径是属于用有限变形理论研究的问题，应用有限变形弹塑性理论分析井眼的扩孔和缩径机理，能为钻井工程提供准

4、确参考依据。4、论述了井壁失稳的力学、物理一化学和施工工艺机理；讨论了在岩石哈尔滨工程大学博士学位论文关系和在钻井现场防止井眼失稳施工措施；在实际中要根据油田现场具体情况，将理论和实践经验相结合才能预防和及时处理井眼失稳事故。井壁失稳问题是一个复杂和需要进一步开展研究的问题，随着能源需求的加大和石油工业的不断发展，解决井壁失稳的问题就更加迫切，本文研究所得到的理论将为防止井壁失稳提供参考依据。关键词：井壁失稳：地层坍塌压力和破裂压力的断裂力学模型；岩石的非线性损伤本构方程；初始损伤压力；井壁附近的损伤场；井壁失稳的有

5、限变形分析井壁稳定问题的断裂损伤力学机理的研究AbstractItisabigprobleminpetroleumindustryforthewellboretolosestabilityintheprocessofdrilling．Itexistseverywhereandtroublesthepetroleumindustry．"Accordingtoaconservativeestimate，thelossestothepetroleumindustrycausedbythewetlboreinstabilit

6、yarccomputedat$500-600million．SincedrillingprocessisanundergroundengineeringandcorrelativewithcomplicatedgeologicStl'UatUl℃$，anddown-holeaccidentscausedbywellboreinstabilityareharmfultOthedriUingengineering．itbeoomesworldwideandmoresophisticated．Itreceivestheat

7、tentionofpetroleumdrillingindustryathome斑埘abroad．Manyengineersinpetroleumdrillingcirclesdevotethemselvestosolvingtheproblempersistently．nindiqeatesinthestudiesofthemechanismofwellborestabilitythatcoupledinfluenceofmechanicalandchemistryfactorsresultsintheiustab

8、ilityofthewellbore，alsochemistryaspectmaybeascribedtOmechanicalproblemultimately．Basedontheinvestigationonthecollapsestressandfracturestressofthestratum，fromthepointofviewof