›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (S1): 205-208.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

井底压力对岩石破碎的影响机制及应用研究

郑德帅1,2,冯江鹏1   

  1. 1. 中国石化石油工程技术研究院,北京 100101;2. 中国石油大学石油工程教育部重点实验室,北京 102249
  • 收稿日期:2010-09-21 出版日期:2011-05-15 发布日期:2011-05-16
  • 作者简介:郑德帅,男,1983年生,博士研究生
  • 基金资助:

    973课题“深井复杂地层破岩机理与高效破岩方法”(No. 2010CB226703)

Mechanism of effect of downhole pressures on rock failure and its applications

ZHENG De-shuai1, 2, FENG Jiang-peng1   

  1. 1. Sino-Pec Research Institute of Petroleum Engineering, Beijing 100101, China; 2. MOE Key Lab of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China
  • Received:2010-09-21 Online:2011-05-15 Published:2011-05-16

摘要: 钻井液井底压力与地层孔隙压力是影响岩石破碎的重要因素,由于岩石具有一定的渗透率,在压力差的作用下钻井流体与地层流体之间会相互影响,导致靠近井底的地层孔隙压力发生变化。实际的地层孔隙压力随时间与距离变化的规律可以使用一维不稳定渗流模型来描述和计算。在此分析基础上,综合分析地应力、井底压力及钻头牙齿吃入地层产生的应力,计算出任意平面上所受的剪应力和正应力,然后使用摩尔–库仑准则来判定岩石的破坏。建立这样一个综合各种因素的井底岩石破碎模型,可以将各种因素尤其是实际井底压力差的作用清楚地表达出来。该模型可以较好地解释欠平衡钻井提高钻速的力学机制,并为随钻地层孔隙压力监测dc指数法的适用范围提供明确的计算方法

关键词: 压差, 岩石破碎, 地层孔隙压力, 欠平衡钻井, dc指数

Abstract: The differential pressure between mud pressure at bottom hole and pore pressure in formation influences the rate of penetration(ROP) when drilling oil and gas wells; but its mechanism is not clear. The pore pressure near the well bore bottom is not the original pore pressure; and it is related with location and time. This paper uses one dimension unstable seep model to describe and calculate the law of actual pore pressure under various times and locations. The shear stress and normal stress at any plan can be calculated based on crustal stress, bottom pressure, pore pressure and the stress caused by insert invasion. Using the Mohr-Coulomb model to judge the rock failure and get the invasion depth expression. Because the invasion depth of bit tooth is closed with ROP; with that expression the effect mechanism of differential pressure on ROP is studied and explained explicitly. The mechanism can be applied to some fields, such as getting higher ROP in under-balance drilling and providing an explicit parameter to calculate the suitable condition for dc index method

Key words: differential pressure, rock failure, pore pressure, under-balance drilling, dc index method

中图分类号: 

  • TU 45
[1] 许婧璟, 唐旭海, 刘泉声, 冯禹菲. 基于能量跟踪法研究岩石破碎 对滚石运动轨迹的影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 541-548.
[2] 蔡 灿,伍开松,袁晓红 ,吴霁薇 ,赵 攀,. 基于岩石损伤本构的破碎比功评价模型研究与应用[J]. , 2015, 36(9): 2576-2584.
[3] 杨岳峰、梁正召、唐春安、. 冲击作用下的压头破岩机制研究[J]. , 2013, 34(6): 1775-1785.
[4] 曹 钧,沈志康,胡永乐,范成洲,王定贤,邓丽蓉,杨 欢. 冲击作用下岩石破碎比功理论分析及模糊预测模型[J]. , 2012, 33(S2): 145-149.
[5] 郑德帅 ,高德利 ,冯江鹏. 实钻条件下井底岩石可钻性预测模型研究[J]. , 2012, 33(3): 859-863.
[6] 常德玉,李根生,沈忠厚,黄中伟,田守山曾,史怀忠,宋先知. 考虑三向地应力差时不同钻井条件下井底应力场研究[J]. , 2011, 32(5): 1546-1552.
[7] 常德玉,李根生,黄中伟,沈忠厚,田守山曾,史怀忠. 井底压差对垂直井井底应力场的影响研究[J]. , 2011, 32(2): 356-362.
[8] 向文英 ,卢义玉 ,李晓红 ,李 倩 ,冯欣艳,. 空化射流在岩石破碎中的作用实验研究[J]. , 2006, 27(9): 1505-1508.
[9] 王环玲,徐卫亚,杨圣奇. 岩石变形破坏过程中渗透率演化规律的试验研究[J]. , 2006, 27(10): 1703-1708.
[10] 卢义玉,李晓红,向文英. 空化水射流破碎岩石的机理研究[J]. , 2005, 26(8): 1233-1237.
[11] 李晓红,向文英,卢义玉. 脉冲磨料射流破碎岩石的实验研究[J]. , 2005, 26(7): 1043-1048.
[12] 孙清德 ,汪志明 ,于军泉 ,张文华,. 高压水射流破岩规律的数值模拟研究[J]. , 2005, 26(6): 978-982.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 魏 丽,柴寿喜,蔡宏洲,王晓燕,李 敏,石 茜. 麦秸秆加筋材料抗拉性能的实验研究[J]. , 2010, 31(1): 128 -132 .
[2] 孙德安,陈 波. 重塑超固结上海软土力学特性及弹塑性模拟[J]. , 2010, 31(6): 1739 -1743 .
[3] 刘争宏,廖燕宏,张玉守. 罗安达砂物理力学性质初探[J]. , 2010, 31(S1): 121 -126 .
[4] 王登科,刘 建,尹光志,韦立德. 突出危险煤渗透性变化的影响因素探讨[J]. , 2010, 31(11): 3469 -3474 .
[5] 张成平,张顶立,骆建军,王梦恕,吴介普. 地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统[J]. , 2009, 30(6): 1861 -1866 .
[6] 王 军,曹 平,李江腾,刘业科. 降雨入渗对流变介质隧道边坡稳定性的分析[J]. , 2009, 30(7): 2158 -2162 .
[7] 张 渊,万志军,康建荣3,赵阳升. 温度、三轴应力条件下砂岩渗透率阶段特征分析[J]. , 2011, 32(3): 677 -683 .
[8] 张雪婵 ,龚晓南 ,尹序源 ,赵玉勃. 杭州庆春路过江隧道江南工作井监测分析[J]. , 2011, 32(S1): 488 -0494 .
[9] 唐世斌,唐春安,李连崇,张永彬. 湿度扩散诱发的隧洞时效变形数值模拟研究[J]. , 2011, 32(S1): 697 -0703 .
[10] 黄 阜,杨小礼,赵炼恒,黄 戡. 基于Hoek-Brown破坏准则的浅埋条形锚板抗拔力上限分析[J]. , 2012, 33(1): 179 -184 .