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DEM MODELING OF BOREHOLE
INSTABILITY IN ANISOTROPIC ROCK
DUAN Kang
The University of Hong Kong
OUTLINE
Background
Inherent anisotropic model
Borehole breakout in isotropic model
Particle size distribution
Borehole diameter
Anisotropic in-situ stress
Borehole breakout in anisotropic model
Anisotropic in-situ stress
Conclusions
2
BACKGROUND
Blümling et al. (2007)) Marschall et al. (2006)
Shale makes up more than 75% of drilled oil and gas formations worldwide, and
cause most wellbore-instability problems during and after drilling.
Wellbore instability adds to drilling time, increased costs, and sometimes leads to
abandoning the well before it reaches its objective.
3
The drilling cost attributed to shale-instability problems is reported to be in
excess of one-half billion U.S dollars per year.
BACKGROUND
Excavation/drilling in anisotropic rock
formation have a higher risk of failure:
• Induce a complicated in-situ stress
field in the circumference of the
borehole
• Drilling/excavation process cause
stress redistribution around borehole
and creation of new hydro-mechanical
boundary condition
• The presence of beddings not only form
preferential fracture paths, but also
serve as fracture initiators
(after Okland et al.1993)
Wellbore instability is a multiple parameter-dependent phenomenon:
4
The in-situ stress, the material properties, the borehole diameter, and
the support system
LABORATORY TESTS
Various modes :
• The spiral-
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