考虑岩石弹塑性变形的井周应力场计算模型研究

doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2019.06.14.01

西南石油大学学报(自然科学版) ›› 2020, Vol. 42 ›› Issue (5): 135-144.DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2019.06.14.01

考虑岩石弹塑性变形的井周应力场计算模型研究

李小刚¹, 李昀昀², 胡秋萍³, 张翔³, 易良平¹

1. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学, 四川成都 610500;
2. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司非常规院, 天津滨海新区 300452;
3. 中联煤层气有限责任公司晋城分公司, 山西晋城 048000

收稿日期:2019-06-14 出版日期:2020-10-10 发布日期:2020-10-10
通讯作者: 易良平,E-mail:ylpfrac@163.com
作者简介:李小刚,1981年生,男,汉族,四川仁寿人,教授,博士,主要从事油气藏增产改造的教学与科研工作。E-mail:swpuadam@126.com;李昀昀,1973年生,女,汉族,四川成都人,工程师,主要从事油气田增产措施工艺技术研究。E-mail:liyy15@cnooc.com.cn;胡秋萍,1985年生,女,汉族,湖北黄冈人,工程师,主要从事煤层气开发与生产的研究及管理工作。E-mail:huqp@cnooc.com.cn;张翔,1990年生,男,汉族,山西晋城人,工程师,主要从事煤层气排采研究。E-mail:zhangxiang15@cnooc.com.cn;易良平,1991年生,男,汉族,四川泸州人,讲师,博士,主要从事油气藏增产改造的教学与科研工作。E-mail:ylpfrac@163.com
基金资助:
国家科技重大专项（2017ZX05064）

A Study on Calculation Model of Stress Field Around Wells Considering Rock Elastic-plastic Deformation

LI Xiaogang¹, LI Yunyun², HU Qiuping³, ZHANG Xiang³, YI Liangping¹

1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
2. CNOOC EnerTech-Drilling & Production Co., Binhai New Area, Tianjin 300452, China;
3. Jincheng Branch, China United Coalbed Methane Co. Ltd., Jincheng, Shanxi 048000, China

Received:2019-06-14 Online:2020-10-10 Published:2020-10-10

摘要/Abstract

摘要： 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。

关键词: 煤岩, 页岩, 弹塑性, 非线性本构, 井周应力

Abstract: Aiming at the elastic-plastic characteristics of coal, shale and other rocks, a calculation method for stress field of elastic-plastic formation is established, which divide the formation into the plastic softening, the plastic hardening and the elastic zone along the radial direction. In this new model the nonlinear hardening and softening deformation of rock and the percolation effect of the working fluid are considered. The analysis shows that the plastic zone range is positively correlated with the borehole fluid pressure, Poisson's ratio and the initial pore fluid pressure, and is inversely related to the strength of the rock. Compared with the elastic state, the plastic deformation of rock decreases the stress concentration effect, and the plastic deformation of the rock has a little influence on the radial stress of the formation while it can increase the circumferential stress of the formation.

Key words: coal, shale, elastic-plastic, nonlinear constitutive equation, stress field around wellbore

中图分类号:

TE21

李小刚, 李昀昀, 胡秋萍, 张翔, 易良平. 考虑岩石弹塑性变形的井周应力场计算模型研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(5): 135-144.

LI Xiaogang, LI Yunyun, HU Qiuping, ZHANG Xiang, YI Liangping. A Study on Calculation Model of Stress Field Around Wells Considering Rock Elastic-plastic Deformation[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(5): 135-144.

0
/ / 推荐

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/10.11885/j.issn.1674-5086.2019.06.14.01

http://journal15.magtechjournal.com/Jwk_xnzk/CN/Y2020/V42/I5/135

参考文献

[1] MOHAMMAD E Z. Mechanical and physico-chemical aspects of wellbore stability during drilling operations[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2012, 82-83:120-124. doi:10.1016/j.petrol.2012.01.006
[2] 杨兆中,刘云锐,张平,等. 煤层气直井地层破裂压力计算模型[J]. 石油学报, 2018, 39(5):578-586. doi:10.7623/syxb201805009 YANG Zhaozhong, LIU Yunrui, ZHANG Ping, et al. A model for calculating formation breakdown pressure in CBM vertical wells[J]. Acta Petrolei Sinica, 2018, 39(5):578-586. doi:10.7623/syxb201805009
[3] 马天寿,陈平. 页岩层理对水平井井壁稳定的影响[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2014, 36(5):97-104. doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2013.06.30.03 MA Tianshou, CHEN Ping. Influence of shale bedding plane on wellbore stability for horizontal wells[J]. Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Edition), 2014, 36(5):97-104. doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2013.06.30.03
[4] 曾凡辉,唐波涛,王涛,等. 考虑渗滤效应的压裂裸眼井破裂压力预测模型[J]. 天然气地球科学, 2019, 30(4):549-556. doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2019.01.010 ZENG Fanhui, TANG Botao, WANG Tao, et al. Prediction model of fracture initiation pressure of open hole well considering penetration effect[J]. Natural Gas Geoscience, 2019, 30(4):549-556. doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2019.01.010
[5] HUANG J, GRIFFITHS D V, WONG S W. Initiation pressure, location and orientation of hydraulic fracture[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2012, 49(2):59-67. doi:10.1016/j.ijrmms.2011.11.014
[6] 李玉梅,苏中,张涛,等. 欠平衡钻井煤层井壁稳定有限元数值计算研究[J]. 系统仿真学报, 2018, 30(11):226-232. doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.201811025 LI Yumei, SU Zhong, ZHANG Tao, et al. Numerical simulation of borehole stability in underbalanced drilling coal seam[J]. Journal of System Simulation, 2018, 30(11):226-232. doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.201811025
[7] 张鹏伟,孙峰,叶贵根,等. 基于塑性损伤理论的软泥页岩地层井壁稳定性分析[J]. 力学与实践, 2018, 40(3):273-280. doi:10.6052/1000-0879-17-369 ZHANG Pengwei, SUN Feng, YE Guigen, et al. Analysis of the wellbore stability based on plastic damage theory in soft shale formation[J]. Mechanics in Engineering, 2018, 40(3):273-280. doi:10.6052/1000-0879-17-369
[8] AADNOY B S. Geomechanical analysis for deep-water drilling[C]. SPE 39339-MS, 1998. doi:10.2118/39339-MS
[9] AADNOY B S, BELAYNEH M. Elasto-plastic fracturing model for wellbore stability using non-penetrating fluids[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2004, 45(3):179-192. doi:10.1016/j.petrol.2004.07.006
[10] WANG Y, DUSSEAULT M B. Borehole yield and hydraulic fracture initiation in poorly consolidated rock strata-part I. Impermeable media[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 1991, 28:235-246. doi:10.1016/0148-9062(91)90591-9
[11] WANG Y, DUSSEAULT M B. Borehole yield and hydraulic fracture initiation in poorly consolidated rock strata-part II. Permeable media[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 1991, 28:247-260. doi:10.1016/0148-9062(91)90592-A
[12] 潘岳,王志强,吴敏应. 非线性硬化与非线性软化的巷、隧道围岩塑性分析[J]. 岩土力学,2006(7):10381042. doi:10.3969/j.issn.1000-7598.2006.07.004 PAN Yue, WANG Zhiqiang, WU Minying. Plastic analysis of surrounding rock of tunnel based on strain nonlinear hardening and nonlinear softening[J]. Rock and Soil Mechanics, 2006(7):1038-1042. doi:10.3969/j.issn.1000-7598.2006.07.004
[13] 潘岳,王志强,王在泉. 非线性硬化与软化的巷道围岩应力分布与工况研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2006(7):1343-1351. doi:10.3321/j.issn:1000-6915.2006.07.008 PAN Yue, WANG Zhiqiang, WANG Zaiquan. Study on stress distribution of surrounding rock and work condition of tunnel based on strain nonlinear hardening and softening[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2006(7):1343-1351. doi:10.3321/j.issn:1000-6915.2006.07.008
[14] 郭建春,何颂根,邓燕. 弹塑性地层水力压裂起裂模式及起裂压力研究[J]. 岩土力学, 2015, 36(9):2494-2550. doi:10.16285/j.rsm.2015.09.008 GUO Jianchun, HE Songgen, DENG Yan. Study of hydraulic fracturing initiation mode and initiation pressure of elastoplastic formation[J]. Rock and Soil Mechanics, 2015, 36(9):2494-2550. doi:10.16285/j.rsm.2015.09.008
[15] SHAO J F, HOMAND S. Influences of heat convection and plastic deformation on hydraulic fracture initiation and reservoir compaction[J]. SPE/ISRM Rock Mechanics in Petroleum Engineering, 1998. doi:10.2118/47387-MS
[16] XIA H W, MOORE I D. Estimation of maximum mud pressure in purely cohesive material during directional drilling[J]. Geomechanics and Geoengineering:An International Journal, 2006, 1(1):3-11. 10.1080/17486020600-604024
[17] 何颂根. 具有弹塑性特征的地层水力压裂起裂模型研究[D]. 成都:西南石油大学, 2014. HE Songgen. Study of hydraulic fracturing initiation mode of elastoplastic formation[D]. Chengdu:Southwest Petroleum University, 2014.
[18] 徐芝纶. 弹性力学(上)[M]. 北京:高等教育出版社, 2006. XU Zhilun. Elasticity (Part 1)[M]. Beijing:Higher Education Press, 2006.
[19] 李晓平. 地下油气渗流力学[M]. 北京:石油工业出版社, 2008. LI Xiaoping. Percolation mechanics of underground oil and gas[M]. Beijing:Petroleum Industry Press, 2008.

考虑岩石弹塑性变形的井周应力场计算模型研究

A Study on Calculation Model of Stress Field Around Wells Considering Rock Elastic-plastic Deformation

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	乐宏, 杨兆中, 范宇. 宁209井区裂缝控藏体积压裂技术研究与应用[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(5): 86-98.
[2]	于学亮, 胥云, 翁定为, 蒋豪, 段瑶瑶. 页岩油藏“密切割”体积改造产能影响因素分析[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(3): 132-143.
[3]	刘辰生, 王辉, 史乐, 冯宁. 湖南雪峰山前陆盆地沉积特征及页岩气勘探潜力[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(2): 61-74.
[4]	梁洪彬, 张烈辉, 陈满, 赵玉龙, 向祖平. 快速评价页岩含气量的新方法[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(2): 110-117.
[5]	范宇, 钟成旭, 牟乃渠, 金鑫, 吴鹏程. 一种生物合成基钻井液在长宁气田的应用[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2020, 42(1): 133-139.
[6]	张烈辉, 崔乾晨, 谢军, 郑健, 李成勇. 页岩气藏压裂水平井线性耦合渗流模型研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 1-12.
[7]	郭肖, 杨开睿, 杨宇睿, 贾昊卫. 孔隙网络模拟渗流速度对页岩气开采的影响[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 19-27.
[8]	孟英峰, 刘厚彬, 余安然, 胡永章, 邓元洲. 深层脆性页岩水平井裸眼完井井壁稳定性研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 51-59.
[9]	熊健, 黄林林, 刘向君, 周文, 梁利喜. 高温影响下页岩岩石的声学特性实验研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 35-43.
[10]	程小伟, 张高寅, 马志超, 李斌, 辜涛. 页岩气水平井油井水泥的原位增韧技术研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 68-74.
[11]	刘厚彬, 崔帅, 孟英峰, 吴双, 吴坷. 川西硬脆性页岩力学特征及井壁稳定性研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 60-67.
[12]	杨兆中, 李扬, 李小刚, 李成勇. 页岩气水平井重复压裂关键技术进展及启示[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 75-86.
[13]	马天寿, 彭念, 陈平, 邓智中. 页岩气水平井井壁裂缝起裂力学行为研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 87-99.
[14]	李勇明, 骆昂, 吴磊, 伊向艺. 考虑应力敏感和水力裂缝方位角的页岩产能模型[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 117-123.
[15]	游利军, 徐洁明, 康毅力, 程秋洋, 周洋. 考虑氧化作用的富有机质页岩吸附水量[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2019, 41(6): 106-116.