不同地應力狀態(tài)下坍塌壓力隨井斜角與方位角的變化規(guī)律

雷正義

摘 要：文章討論了在不同應力狀態(tài)下，地層坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律，以便對井網(wǎng)分布的確定、防斜打直、鉆井井眼軌跡設計以及為減少或避免鉆井復雜問題時的井位選擇和鉆井方向提供鋪墊作用。

關鍵詞：坍塌壓力 地應力 作用

中圖分類號：TE21 文獻標志碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0092-02

對于鉆井來說，地層坍塌壓力是一個很重要的數(shù)據(jù)，直接影響井壁的穩(wěn)定性。根據(jù)坍塌壓力計算模型發(fā)現(xiàn)，在不同應力下，地層坍塌壓力隨井斜角與方位角的變化具有一定規(guī)律性，這為井網(wǎng)分布的確定、鉆井井眼軌跡設計等提供了理論基礎。

1 計算模型

1.1 定向井的井周應力分析

深部地層受三向主地應力作用，上覆巖層應力，最大水平地應力和最小水平地應力。選取坐標系（1，2，3）分別與主地應力，，方向一致（圖1）。為方便起見，建立直角坐標系（x，y，z）和柱坐標系（r，θ，z），其中oz軸對應于井軸，ox和oy位于與井軸垂直的平面之中。根據(jù)線—彈性本構模型及有效應力理論，可以推導出井壁處3個主應力可表示為：

2.2 坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律

將上述設定的計算條件代入（5）式，即可得到坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律，見圖2～圖5。

從圖2～圖5可以看出，當時，在不同的方位角下，坍塌壓力都是隨井斜角的增大而減小，說明在這樣的地應力狀態(tài)下，適合于打斜井及水平井。

當時，坍塌壓力基本上是隨井斜角的增大而增大。因此，在這種地應力狀態(tài)下，直井比斜井更穩(wěn)定，特別是在打水平井時，應該注重防止井壁坍塌。

當時，四條曲線重合在一起，說明坍塌壓力不隨方位角的變化而變化，僅隨井斜角的增大坍塌壓力也增大，因此不宜打大斜度井。

當時，井斜角增大時，坍塌壓力可能增大也可能減小，坍塌壓力隨方位角的增大而增大。因此，在這種情況下，打斜井時選擇合適的方位非常重要。

3 結論與建議

（1）當時，斜井、水平井較直井穩(wěn)定，井眼軌跡沿最大地應力方向更安全。

（2）當時，直井較斜井、水平井穩(wěn)定，斜井、水平井井眼軌跡沿最小地應力方向更安全。

（3）當時，直井較斜井、水平井穩(wěn)定，井眼穩(wěn)定性不隨方位變化而變化。

（4）當時，井斜角一定時，不同方位對井壁穩(wěn)定影響較大。

參考文獻

[1] 鄧金根，張洪生，鉆井工程中井壁失穩(wěn)的力學機理[M].石油工業(yè)出版社，1998.

[2] 李志明，張金珠.地應力與油氣勘探開發(fā)[M].石油工業(yè)出版社，1997.endprint

摘 要：文章討論了在不同應力狀態(tài)下，地層坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律，以便對井網(wǎng)分布的確定、防斜打直、鉆井井眼軌跡設計以及為減少或避免鉆井復雜問題時的井位選擇和鉆井方向提供鋪墊作用。

關鍵詞：坍塌壓力 地應力 作用

中圖分類號：TE21 文獻標志碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0092-02

對于鉆井來說，地層坍塌壓力是一個很重要的數(shù)據(jù)，直接影響井壁的穩(wěn)定性。根據(jù)坍塌壓力計算模型發(fā)現(xiàn)，在不同應力下，地層坍塌壓力隨井斜角與方位角的變化具有一定規(guī)律性，這為井網(wǎng)分布的確定、鉆井井眼軌跡設計等提供了理論基礎。

1 計算模型

1.1 定向井的井周應力分析

深部地層受三向主地應力作用，上覆巖層應力，最大水平地應力和最小水平地應力。選取坐標系（1，2，3）分別與主地應力，，方向一致（圖1）。為方便起見，建立直角坐標系（x，y，z）和柱坐標系（r，θ，z），其中oz軸對應于井軸，ox和oy位于與井軸垂直的平面之中。根據(jù)線—彈性本構模型及有效應力理論，可以推導出井壁處3個主應力可表示為：

2.2 坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律

將上述設定的計算條件代入（5）式，即可得到坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律，見圖2～圖5。

從圖2～圖5可以看出，當時，在不同的方位角下，坍塌壓力都是隨井斜角的增大而減小，說明在這樣的地應力狀態(tài)下，適合于打斜井及水平井。

當時，坍塌壓力基本上是隨井斜角的增大而增大。因此，在這種地應力狀態(tài)下，直井比斜井更穩(wěn)定，特別是在打水平井時，應該注重防止井壁坍塌。

當時，四條曲線重合在一起，說明坍塌壓力不隨方位角的變化而變化，僅隨井斜角的增大坍塌壓力也增大，因此不宜打大斜度井。

當時，井斜角增大時，坍塌壓力可能增大也可能減小，坍塌壓力隨方位角的增大而增大。因此，在這種情況下，打斜井時選擇合適的方位非常重要。

3 結論與建議

（1）當時，斜井、水平井較直井穩(wěn)定，井眼軌跡沿最大地應力方向更安全。

（2）當時，直井較斜井、水平井穩(wěn)定，斜井、水平井井眼軌跡沿最小地應力方向更安全。

（3）當時，直井較斜井、水平井穩(wěn)定，井眼穩(wěn)定性不隨方位變化而變化。

（4）當時，井斜角一定時，不同方位對井壁穩(wěn)定影響較大。

參考文獻

[1] 鄧金根，張洪生，鉆井工程中井壁失穩(wěn)的力學機理[M].石油工業(yè)出版社，1998.

[2] 李志明，張金珠.地應力與油氣勘探開發(fā)[M].石油工業(yè)出版社，1997.endprint

摘 要：文章討論了在不同應力狀態(tài)下，地層坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律，以便對井網(wǎng)分布的確定、防斜打直、鉆井井眼軌跡設計以及為減少或避免鉆井復雜問題時的井位選擇和鉆井方向提供鋪墊作用。

關鍵詞：坍塌壓力 地應力 作用

中圖分類號：TE21 文獻標志碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0092-02

對于鉆井來說，地層坍塌壓力是一個很重要的數(shù)據(jù)，直接影響井壁的穩(wěn)定性。根據(jù)坍塌壓力計算模型發(fā)現(xiàn)，在不同應力下，地層坍塌壓力隨井斜角與方位角的變化具有一定規(guī)律性，這為井網(wǎng)分布的確定、鉆井井眼軌跡設計等提供了理論基礎。

1 計算模型

1.1 定向井的井周應力分析

深部地層受三向主地應力作用，上覆巖層應力，最大水平地應力和最小水平地應力。選取坐標系（1，2，3）分別與主地應力，，方向一致（圖1）。為方便起見，建立直角坐標系（x，y，z）和柱坐標系（r，θ，z），其中oz軸對應于井軸，ox和oy位于與井軸垂直的平面之中。根據(jù)線—彈性本構模型及有效應力理論，可以推導出井壁處3個主應力可表示為：

2.2 坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律

將上述設定的計算條件代入（5）式，即可得到坍塌壓力隨井斜角、方位角的變化規(guī)律，見圖2～圖5。

從圖2～圖5可以看出，當時，在不同的方位角下，坍塌壓力都是隨井斜角的增大而減小，說明在這樣的地應力狀態(tài)下，適合于打斜井及水平井。

當時，坍塌壓力基本上是隨井斜角的增大而增大。因此，在這種地應力狀態(tài)下，直井比斜井更穩(wěn)定，特別是在打水平井時，應該注重防止井壁坍塌。

當時，四條曲線重合在一起，說明坍塌壓力不隨方位角的變化而變化，僅隨井斜角的增大坍塌壓力也增大，因此不宜打大斜度井。

當時，井斜角增大時，坍塌壓力可能增大也可能減小，坍塌壓力隨方位角的增大而增大。因此，在這種情況下，打斜井時選擇合適的方位非常重要。

3 結論與建議

（1）當時，斜井、水平井較直井穩(wěn)定，井眼軌跡沿最大地應力方向更安全。

（2）當時，直井較斜井、水平井穩(wěn)定，斜井、水平井井眼軌跡沿最小地應力方向更安全。

（3）當時，直井較斜井、水平井穩(wěn)定，井眼穩(wěn)定性不隨方位變化而變化。

（4）當時，井斜角一定時，不同方位對井壁穩(wěn)定影響較大。

參考文獻

[1] 鄧金根，張洪生，鉆井工程中井壁失穩(wěn)的力學機理[M].石油工業(yè)出版社，1998.

[2] 李志明，張金珠.地應力與油氣勘探開發(fā)[M].石油工業(yè)出版社，1997.endprint