【摘 要】
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四川盆地白云岩储层油气是目前深地油气勘探开发的重要领域。深地白云岩储层地质条件复杂,钻井过程中井壁易发生突发性崩落,严重制约了安全高效钻井。现有白云岩地层井壁稳定研究主要集中在理论分析与钻井液优化,忽略了高应力条件下白云岩井壁围岩失稳过程物理模拟,无法有效阐述高应力井壁崩落机制。因此,本论文借助室内实验、理论分析与数值模型等手段,主要完成了以下研究:1.应力与流体耦合下白云岩细观变形特征研究研制了
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四川盆地白云岩储层油气是目前深地油气勘探开发的重要领域。深地白云岩储层地质条件复杂,钻井过程中井壁易发生突发性崩落,严重制约了安全高效钻井。现有白云岩地层井壁稳定研究主要集中在理论分析与钻井液优化,忽略了高应力条件下白云岩井壁围岩失稳过程物理模拟,无法有效阐述高应力井壁崩落机制。因此,本论文借助室内实验、理论分析与数值模型等手段,主要完成了以下研究:1.应力与流体耦合下白云岩细观变形特征研究研制了应力加载下白云岩细观变形实时监测装置,开展了清水与钻井液浸泡后白云岩细观变化特征实验,随着加载应力增加,白云岩内部粘土矿物胶结面或弱面产生细观裂缝,当应力超过100MPa时,局部应变差超过1.5%,试件失稳破坏;清水与钻井液条件下白云岩内部粘土矿物胶结面变形差异不明显,证实了高应力下白云岩粘土矿物胶结面裂缝产生是失效破坏的关键。2.高应力下白云岩变形破坏特征与强度准则研究开展了不同应力与温度条件下白云岩变形破坏特征实验,随着温度的增加白云岩损伤加剧,表现为抗压强度、弹性模量和内聚力减小;随着围压的增加,白云岩的抗压强度、弹性模量和内聚力升高。建立了高应力下白云岩三线性本构模型,误差小于18.5%。引入了Hoek-Brown破坏准则,确定了关键模型参数的取值范围在9.73-11.83之间,能够描述高应力下白云岩变形与强度特征。3.高应力下白云岩井壁围岩失稳物理模拟和数值模拟研究开展了不同温度与应力条件下白云岩井壁围岩失稳物理模拟实验,观察了实验前后井眼几何形状与应力关系,随着围压的增大,厚壁筒体应变先微弱增大后减小,当应力大于110MPa,体应变减小0.4%以上,井壁失稳破坏。建立了白云岩地层多场耦合井壁崩落力学模型,分析了高应力条件下井壁围岩崩落椭圆长轴和有效面积变化,结果与室内模拟实验一致,误差小于10%,证实了高应力条件下白云岩井壁失稳机制。
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