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基于开挖方法的井底应力场有限元模型 被引量：15
1
作者 彭烨 沈忠厚 樊胜华 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期133-136,140,共5页
基于开挖方法的基本思想、卸载过程的实现方法和有限元理论,采用三维八节点单元类型、适合岩土材料的脆性非线性材料模型,利用井底模型的1/4作为井底有限元模型,用3个时间步模拟开钻前、钻进和井底形成后的3种状态。分析结果表明,井壁... 基于开挖方法的基本思想、卸载过程的实现方法和有限元理论,采用三维八节点单元类型、适合岩土材料的脆性非线性材料模型,利用井底模型的1/4作为井底有限元模型,用3个时间步模拟开钻前、钻进和井底形成后的3种状态。分析结果表明,井壁外岩石的径向应力和周向应力都随着半径的增大逐渐变为地层的原始地应力,它们的曲线形成喇叭形;“ω”型井底中心区域存在卸载效应,适当利用卸载效应有利于提高破岩工具的破岩效率和机械钻速。靠近井壁区域存在应力集中现象,岩石可钻性变差,这是PDC钻头外侧易损坏的原因。钻头外侧布齿应加强,以提高钻头的寿命和进尺。 展开更多
关键词 钻井 井底应力场 有限元法 数值分析 开挖方法 钻头设计
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基于多孔弹性力学理论的深井井底应力场分析 被引量：4
2
作者 呼怀刚 管志川 +4 位作者 许玉强 韩超 刘永旺 梁德阳 路保平 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期52-61,共10页
基于Biot多孔弹性力学理论,分析复杂应力条件下井底岩石的受力情况,建立考虑时间效应的渗流场与应力场全耦合模型,通过数值求解得到井底应力、孔隙压力随时间的动态变化规律,计算结果与Warren模型进行对比验证;结合三维莫尔库伦准则建... 基于Biot多孔弹性力学理论,分析复杂应力条件下井底岩石的受力情况,建立考虑时间效应的渗流场与应力场全耦合模型,通过数值求解得到井底应力、孔隙压力随时间的动态变化规律,计算结果与Warren模型进行对比验证;结合三维莫尔库伦准则建立井底岩石强度破坏的预测模型,使用自定义损伤函数分析井底应力状况对岩石强度破坏的影响规律。通过计算损伤函数分析不同工况、不同时刻井底岩石的强度破坏情况。研究表明求解所建立的流固耦合模型可以实时评估井底岩石的动态响应情况,通常在钻开井眼的瞬间三向应力达到最大值(压应力),而在数十秒后三向应力会达到最小值(部分拉应力),数小时后井底岩石应力状况趋于稳定;过平衡钻井工况下,只在井眼打开瞬间近井底面而非井底面处存在强度破坏风险;欠平衡钻井,当压差大于1.75 MPa时,井底岩石在全时段出现强度破坏的趋势,且随压差增大强度破坏区域扩大。 展开更多
关键词 钻井 多孔弹性 时间效应 井底应力场 强度破坏 三维莫尔库伦准则
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利用井底应力场研究双级钻头导扩眼直径比 被引量：3
3
作者 彭烨 沈忠厚 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 2007年第1期22-24,共3页
为研究双级钻头导扩眼直径比,应用双级钻头的井底应力场分析模型、开挖方法、分析过程及分析选项,对Φ190.5mm×Φ311mm、Φ215.9mm×Φ311mm和Φ241.3mm×Φ311mm3种双级钻头进行井底三维应力场开挖分析,得到了井底应力场... 为研究双级钻头导扩眼直径比,应用双级钻头的井底应力场分析模型、开挖方法、分析过程及分析选项,对Φ190.5mm×Φ311mm、Φ215.9mm×Φ311mm和Φ241.3mm×Φ311mm3种双级钻头进行井底三维应力场开挖分析,得到了井底应力场分布曲线,井底应力场曲线显示:Φ241.3mm×Φ311mm双级钻头的径向应力释放较充分,有利于提高机械钻速;Φ215.9mm×Φ311mm双级钻头径向和周向两应力差减小,但仍有较大提高机械钻速的潜力;Φ190.5mm×Φ311mm双级钻头的径向和周向两应力差很小,其提高机械钻速的潜力较小;双级钻头的导眼体与钻头的直径比存在最优值,最优直径比为0.7～0.8。 展开更多
关键词 开挖方法 数值分析 有限元法 井底应力场 钻头设计
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高压水射流井底切槽应力卸载特性 被引量：1
4
作者 廖华林 王华健 +3 位作者 牛继磊 魏俊 牛文龙 刘建胜 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1325-1333,共9页
深井/超深井岩石应力大造成的岩石强度升高是导致钻头磨损快、钻井效率低的主要原因之一。高压水射流技术由于可以大幅度提高机械钻速而被广泛应用于钻井工程领域。传统高压水射流破岩理论认为水射流能够起到清岩和辅助破岩的作用,但水... 深井/超深井岩石应力大造成的岩石强度升高是导致钻头磨损快、钻井效率低的主要原因之一。高压水射流技术由于可以大幅度提高机械钻速而被广泛应用于钻井工程领域。传统高压水射流破岩理论认为水射流能够起到清岩和辅助破岩的作用,但水射流形成的凹槽对井底岩石应力状态分布的影响一直没有引起足够的重视。结合钻头与高压水射流联合破岩过程,提出了高压水射流井底切槽应力卸载方法。基于Biot多孔弹性力学理论,建立了深部岩层物理模型,分析了不同井深、地应力状态、井底压差条件下岩石有效应力的分布形态和切槽应力的卸载程度;结合不同围压条件下花岗岩的力学特性,使用自定义岩石抗压强度函数分析了井底切槽对岩石强度分布特征的影响规律。研究结果表明:随着井深的增加,应力卸载效率不断升高,井底轴线处有效应力卸载效率在70%以上,井底周围有效应力卸载效率约为50%;钻井液压力的升高减小了应力卸载效率,且井底轴线处应力卸载效率受钻井液压力的影响较大;水射流切槽显著降低了井底轴线处岩石的强度,卸载效率达50%以上,井底周围岩石强度卸载效率约为30%;井底凹槽的存在释放了岩石的有效应力,并将井底岩石应力集中于区域推离切削面,从而降低了钻头作用区域的应力值,在一定程度上降低了岩石的强度,进而提高机械钻速。 展开更多
关键词 深井/超深井 高压水射流 切槽 应力卸载 多孔弹性 井底应力场
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气体钻井井底应力场数值模拟研究 被引量：1
5
作者 黄志强 曾其科 +3 位作者 李琴 王明波 万科峰 郝磊 《石油机械》 北大核心 2013年第5期11-14,共4页
通过分析气体钻井井底岩石边界条件,建立了轴对称井底岩石物理模型。利用有限元方法求解,对1 000～3 000 m井深条件下的井底岩石应力场进行数值模拟计算,并对井眼轴线、井底面、井壁进行岩石力学特性分析。分析结果表明,井轴最大主应力... 通过分析气体钻井井底岩石边界条件,建立了轴对称井底岩石物理模型。利用有限元方法求解,对1 000～3 000 m井深条件下的井底岩石应力场进行数值模拟计算,并对井眼轴线、井底面、井壁进行岩石力学特性分析。分析结果表明,井轴最大主应力在1.6～2.8倍井径距离后,应力逐渐低至水平地应力,破岩难度增加;井底面0.0～0.8倍井径区域存在低应力区,有利于岩石破碎;在井底面向上0.0～0.2 m井壁范围内出现拉应力增加趋势,易出现井壁失稳现象。 展开更多
关键词 气体钻井 岩石力学 有限元法 井底应力场 数值模拟
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