包括各向异性效应在内的地球介质中井孔的稳定性.pdfVIP

应用数学和力学990803 应用数学和力学 APPLIED MATHEMATICS AND MECHANICS 1999年　第20卷　第8期　Vol.20　No.8　1999 包括各向异性效应在内的地球介质 中井孔的稳定性 D.古泼塔，　M.塞门 摘要：　为了研究地球介质中钻凿较深的斜井(这种井既受到内压又受到非静水应力场的作用)，有 必要发展一种分析表述方式．这种表述方式包括井孔周围应力的三维分析，并把它和井孔内压组合 后，求出总应力分布的近似解．在实际现场条件下，井孔的取向、原地应力和岩层层面倾斜都可能 是任意的．对井孔的拉伸破坏和剪切破坏都进行了研究．当井孔最小主应力超过拉伸强度时， 出现 拉伸破坏， 这就是拉伸破坏准则．对剪切破坏而言， 采用了各向异性材料的修正的Drucker－Prager 破坏准则．为了研究材料的各向异性、岩层面倾斜度和原地应力对井孔稳定的影响，进行了参量研 究．参量研究结果表明，井孔稳定性明显地受到井孔高倾斜度、材料高度各向异性、原地应力条件 和岩层面高倾斜度的影响． 　　文中也研究了弹塑性介质中井孔的稳定性问题．为了弄清井孔周围塑性区范围的大小和塑性区 内的材料各向异性性质，利用弹性理论和塑性理论给出了数学公式．同时还研究了竖直井孔在静水 压力作用下，地球介质是横观各向同性时的钻井情况．为此，也对地球介质的塑性性能受材料各向 异性的影响进行了参量研究．结果指出，井孔周围的应力分布、塑性区域的大小和破坏压力都深受 材料各向异性程度和原地超负荷应力值的影响．我们观察到，随着地球介质的各向异性程度增大， 井孔的稳定性降低． 关　键　词：　井孔稳定性；　拉伸破坏；　剪切破坏；　破坏准则；　应力分布 中图分类号：　TB122； TE21　　　文献标识码：　A Stability of Boreholes in a Geologic Medium Including the Effects of Anisotropy Dinesh Gupta，　Musharraf Zaman University of Oklahoma, Norman, OK 73019,U S A) Abstract: file:///E|/qk/yysxhlx/yysx99/yysx9908/990803.htm（第 1／30 页）2010-3-23 13:59:02 应用数学和力学990803 Key words： 引　　论 　　在不断变化的荷载条件下， 对井孔响应的研究在石油工程、 地质技术工程和采矿工程等很多领 域中都受到特别重视．在钻井和采油、 采天燃气时， 维持稳定的井孔具有根本重要的意义．在钻 井、 产油或注水中， 和当计算断裂压力时， 了解井孔周围区域的应力分布是非常重要的．这种应力 ［1］ ．在石油工业中，井孔不稳定性是 分布常常产生于地球介质中的非静水压应力场(Aadnoy 1987) ［2］ 一个长期不衰而备受关注的问题，石油工业为此每年耗资巨大(Ong 1994)．因此，如何保护井孔 壁使其不发生坍塌或断裂是钻井工程师主要关心的问题．最近，高斜度的、远距离的、水平的井孔 的应用越来越多．出于经济方面的考虑，对于这类井孔的破坏机制越来越需要有清楚的理解．但过 去人们所研究的，大多数的地球介质和介质内的应力分布都假设为各向同性．由于地球介质(如岩 石)在自然界里通常是各向异性的，这种各向同性的假设在实际场合中显然不能胜任井孔断裂问题的 ［1］ ． 描述(Aadnoy 1987) ［3］