基于黏聚单元法的层状页岩巴西劈裂数值模拟

1

作者 马天寿 王浩男 +1 位作者 FADHEL A M 刘阳 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期702-715,共14页

为了分析层状页岩巴西劈裂力学行为,开展龙马溪页岩巴西劈裂试验,采用全局嵌入零厚度黏聚单元法,建立层状页岩巴西圆盘二维有限元模型,对比数值模拟与巴西劈裂试验结果,并分析层理间距和强度对层状页岩巴西劈裂力学行为及破坏模式的影... 为了分析层状页岩巴西劈裂力学行为,开展龙马溪页岩巴西劈裂试验,采用全局嵌入零厚度黏聚单元法,建立层状页岩巴西圆盘二维有限元模型,对比数值模拟与巴西劈裂试验结果,并分析层理间距和强度对层状页岩巴西劈裂力学行为及破坏模式的影响。研究结果表明:数值模拟和试验得到的巴西劈裂强度和破坏模式吻合较好,两者的最大相对误差低于10%。数值模拟和试验得到的页岩巴西劈裂强度各向异性比分别为2.18和2.00,说明龙马溪页岩各向异性特征显著。巴西劈裂强度和破坏模式对层理面加载角度具有较强的依赖性,随着加载角度增加,巴西劈裂强度大致呈现出线性增长趋势,巴西圆盘破坏模式先由沿层理面的拉伸破坏转变为沿层理面和基质的拉伸-剪切复合破坏,再转变为沿基质的拉伸破坏。层理强度是影响巴西圆盘力学行为的关键因素:低层理强度导致巴西劈裂强度大幅降低,破坏模式主要受层理强度控制,主要产生沿层理面的拉伸或剪切破坏;高层理强度导致巴西劈裂强度大幅增加,破坏模式主要受基质强度控制,主要产生岩石基质拉伸或拉伸-剪切复合破坏。研究结果可为油气开采、采矿、隧道、边坡及地下工程的设计和施工提供依据和参考。 展开更多

关键词 层状页岩 巴西劈裂 各向异性 黏聚单元 层理面 破坏模式

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基于神经网络模型的水平井破裂压力预测方法 被引量：3

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作者 马天寿 张东洋 +2 位作者 陈颖杰 杨赟 韩雄 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期330-345,共16页

破裂压力是井身结构设计的基础依据,也是水力压裂设备选型和方案设计的基础参数,通常采用测井解释获取破裂压力剖面,但其存在参数准确获取难、计算过程繁琐、普适性较差、计算精度低等问题,机器学习提供了一种解决这些问题的新方法。为... 破裂压力是井身结构设计的基础依据,也是水力压裂设备选型和方案设计的基础参数,通常采用测井解释获取破裂压力剖面,但其存在参数准确获取难、计算过程繁琐、普适性较差、计算精度低等问题,机器学习提供了一种解决这些问题的新方法。为此,以测井数据作为输入参数,采用4种不同的神经网络模型,建立水平井测井数据与破裂压力间的非线性关系,通过测试集预测结果的对比分析,优选出最佳的神经网络模型,并优化模型网络结构和超参数,实现水平井破裂压力的直接预测。研究结果表明:1)破裂压力与井斜角、横波时差和纵波时差表现为极强相关性,与井深、岩性密度和补偿中子表现为强相关性,与井径和自然伽马表现为弱相关性;2)不同组合的测井参数对模型预测结果具有显著影响,最优输入参数为井斜角、横波时差、纵波时差、井深、岩性密度和补偿中子;3)对比多层感知机、深度神经网络、循环神经网络和长短期记忆神经网络(LSTM)模型,发现LSTM模型的预测效果最佳;4)优化了LSTM模型的网络结构及超参数,优化后破裂压力预测的平均绝对百分比误差为0.106%、决定系数为0.996。LSTM模型能够有效构建水平井测井参数与破裂压力之间的非线性关系,可以实现水平井破裂压力的准确预测,对于准确预测破裂压力、简化破裂压力计算过程、推广机器学习在石油工程领域的应用具有重要的作用。 展开更多

关键词 破裂压力 水平井 神经网络 长短期记忆神经网络 测井数据

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地质力学参数智能预测技术进展与发展方向 被引量：4

3

作者 马天寿 张东洋 +2 位作者 陆灯云 谢祥锋 刘阳 《石油科学通报》 CAS 2024年第3期365-382,共18页

随着人工智能技术在油气勘探领域应用的不断深入,地质力学参数预测从传统方法向智能化转型已成为必然趋势。本文系统归纳分析了机器学习算法在岩石力学参数直接与间接预测,地层孔隙压力钻前预测、随钻监测和钻后评估,一维地应力和三维... 随着人工智能技术在油气勘探领域应用的不断深入,地质力学参数预测从传统方法向智能化转型已成为必然趋势。本文系统归纳分析了机器学习算法在岩石力学参数直接与间接预测,地层孔隙压力钻前预测、随钻监测和钻后评估,一维地应力和三维地应力场预测中的应用现状,对比了不同预测任务下的机器学习模型、输入参数、样本数据量、输出参数以及模型预测性能。研究发现:相比于室内试验、现场测试和经验模型计算,机器学习算法在地质力学参数预测方面的准确性、时效性和适用性具有明显优势;集成模型、深度学习模型和物理约束神经网络模型凭借其准确性、鲁棒性、泛化能力和可解释性,已成为当前研究的热点和重点;但现有研究以一维地质力学参数的钻后预测为主,因而无法有效进行钻前和随钻三维地质力学参数预测。为了加快地质力学参数向智能化、数字化转型,本文提出了一种地质力学参数智能预测框架,该框架考虑地震、测井、录井等多源数据对地质力学参数预测的影响,通过数据+物理双驱动的机器学习模型进行三维地质力学参数的预测,并通过正钻井数据进行模型的实时更新,从而实现区域三维地质力学参数的钻前预测、随钻监测以及钻后评估。此外,分析了地质力学参数智能预测面临的关键技术难题:①实现非结构化数据类型的转换,降低数据集复杂度,确保数据的一致性和可比性;②开展多源数据融合研究,构建包括地震、测井、录井、室内试验、现场测试等方面的多源数据集,并进行数据处理、特征选择等工作;③加强机器学习模型研究以提升性能,采用集成模型提升预测精度,融入机理模型和领域知识提升模型鲁棒性和可解释性。 展开更多

关键词 地质力学 智能预测 机器学习 岩石力学 地层压力 地应力

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高含硫气体井喷扩散模拟技术研究进展与展望

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作者 马天寿 张东洋 +4 位作者 王旭东 李杉 张智 郭昭学 陈平 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期112-126,共15页

高含硫天然气井一旦发生井喷,含硫气体会迅速扩散,对人员的生命健康和环境安全造成巨大威胁。准确模拟井喷后高含硫气体的扩散过程,有助于掌握和了解有毒气体的扩散规律并制订有效的应急措施,进而避免或降低高含硫气体扩散造成的危害。... 高含硫天然气井一旦发生井喷,含硫气体会迅速扩散,对人员的生命健康和环境安全造成巨大威胁。准确模拟井喷后高含硫气体的扩散过程,有助于掌握和了解有毒气体的扩散规律并制订有效的应急措施,进而避免或降低高含硫气体扩散造成的危害。为此,在大量文献调研的基础上,分析了影响高含硫气体扩散的内部和外部因素,系统综述了高含硫气体扩散模拟技术的原理及其主要特点,最后展望了复杂地形和气象条件下井喷后高含硫气体扩散模拟技术的发展趋势。研究结果表明:①影响井喷后高含硫气体扩散的主要因素包括泄漏源、气象、地形地貌和物理化学作用等,需要综合考虑内外部因素的耦合作用才能准确模拟高含硫气体的动态扩散规律;②研究高含硫气体扩散规律的主要方法包括现场模拟试验、风洞模拟试验、数值模拟分析、数学模型及专业软件等,合理选择研究手段或方法可以更加准确地模拟高含硫气体的动态扩散规律,对指导应急和救援措施的制订与实施具有重要意义;③针对复杂地形和气象条件下的井喷后高含硫气体扩散问题,未来应结合人工智能技术,开发具备高含硫气体扩散模拟、泄漏监测预警、应急决策支持功能的综合性软件系统,发挥模拟—监测一体化作用。结论认为,提出的井喷后高含硫气体扩散过程模拟软件系统可为高含硫天然气勘探开发的安全性评价、应急和安全防控措施制订提供重要支撑,对于保障人民生命安全和保护自然环境具有重要作用。 展开更多

关键词 高含硫气体 井喷 影响因素 扩散模拟 实时监测 智能预警 应急决策

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超深地层井壁失稳理论与控制技术研究进展 被引量：13

5

作者 范翔宇 蒙承 +7 位作者 张千贵 马天寿 李柱正 王旭东 张惊喆 赵鹏斐 邓健 周桂全 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期159-176,共18页

超深地层是我国油气勘探开发的重要领域,但因超深地层复杂地质环境导致的井壁失稳已经成为制约超深地层油气资源动用的重大技术难题之一。为此,从地质和工程2个方面系统总结分析了超深地层井壁失稳机理,进而分析了超深地层岩石物理力学... 超深地层是我国油气勘探开发的重要领域,但因超深地层复杂地质环境导致的井壁失稳已经成为制约超深地层油气资源动用的重大技术难题之一。为此,从地质和工程2个方面系统总结分析了超深地层井壁失稳机理,进而分析了超深地层岩石物理力学实验及本构方程、地应力测量与地层压力预测等地质力学参数评价技术,并探讨了超深地层井壁稳定性评价理论与控制技术的研究进展,最后提出了促进超深地层钻井理论技术发展的建议。研究结果表明:①加强还原超深地层环境的岩石物性、力学和物理模拟实验研究,耐高温高压地应力和井筒压力测量仪器研发,是认识超深地层极端环境下岩石与地质力学特性的关键;②高温高压条件下的多场耦合岩石力学理论是构建超深地层井壁稳定性评价技术体系的基础;③攻关融合超深地层钻井的大尺寸多开井身结构设计、抗高温高压钻井液体系、防漏堵漏工艺与材料、精细控压钻井理论与工具等井壁稳定控制技术是实现超深井钻井提质增效的前提。结论认为,超深地层井壁失稳理论与控制技术的发展不仅推动了我国油气钻探朝着超深地层进军,还有力推动了深地工程科学考察、超深层油气勘探开发理论与装备的迭代与升级。 展开更多

关键词 超深地层 油气钻井 井壁稳定性 地质参数评价 岩层控制

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钻井井下工程参数测量仪研究进展 被引量：13

6

作者 马天寿 陈平 +1 位作者 黄万志 胡泽 《断块油气田》 CAS 北大核心 2011年第3期389-392,共4页

钻井过程中准确获取钻压、扭矩、环空压力等井下工程参数对降低钻井风险和事故具有十分重要的意义。针对钻井工程参数获取困难的问题,国内外相继开发了能随钻测量井下工程参数的测量仪,在近钻头部位增加一个测量短节,安放井下电源、传... 钻井过程中准确获取钻压、扭矩、环空压力等井下工程参数对降低钻井风险和事故具有十分重要的意义。针对钻井工程参数获取困难的问题,国内外相继开发了能随钻测量井下工程参数的测量仪,在近钻头部位增加一个测量短节,安放井下电源、传感器及数据采集电路,能在不同井深、井段、钻机及不同钻井工况下连续使用,具有良好的可靠性和较高的测量精度。文中通过对国内外钻井工程参数测量技术进行调研,介绍了钻井井下工程参数的获取方法及特点,重点介绍和分析了井下工程参数测量仪的研发现状及特点。 展开更多

关键词 钻井 随钻测量 钻井工程参数 钻压 扭矩 环空压力

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基于CT扫描技术研究页岩水化细观损伤特性 被引量：79

7

作者 马天寿 陈平 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期227-233,共7页

针对页岩地层钻井井壁稳定研究中的页岩水化问题,提出了基于CT扫描技术的页岩水化细观损伤特性定量评价方法,开展了不同水化阶段页岩岩样CT扫描实验,并分析了页岩水化细观损伤特性。对CT扫描图像及其灰度直方图进行分析后发现:浸泡前期... 针对页岩地层钻井井壁稳定研究中的页岩水化问题,提出了基于CT扫描技术的页岩水化细观损伤特性定量评价方法,开展了不同水化阶段页岩岩样CT扫描实验,并分析了页岩水化细观损伤特性。对CT扫描图像及其灰度直方图进行分析后发现:浸泡前期是岩样内部产生细观损伤的主要时期,随着浸泡时间的增加,主要发生缓慢的损伤拓展;CT图像灰度直方图由单峰型变为双峰型是页岩内部损伤急剧增加的标志。通过伪彩色增强技术可以提高CT图像的视觉分辨率,CT图像完整度和破损度分析有利于定量评价页岩水化细观损伤。对CT图像进行了分割并得到了损伤变量与浸泡时间的关系:页岩水化后的细观损伤主要发生在浸泡前期,这一阶段是细观损伤的起始阶段和快速演化阶段,此后随着损伤变量持续而缓慢的增加,岩样将发生宏观破坏。 展开更多

关键词 页岩气 井壁稳定 页岩水化 CT扫描 细观损伤 图像处理

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各向异性地层井壁破裂压力预测 被引量：8

8

作者 马天寿 唐弢 +3 位作者 陈平 陈春宇 孙少林 刘阳 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期80-89,共10页

地层破裂压力对于钻井和水力压裂非常重要,但直井破裂压力预测往往忽略了地层各向异性的影响。考虑岩石各向异性影响,推导直井井壁应力分布模型,建立各向异性地层破裂压力计算方法,并分析层理产状、各向异性程度、地应力及孔隙压力的影... 地层破裂压力对于钻井和水力压裂非常重要,但直井破裂压力预测往往忽略了地层各向异性的影响。考虑岩石各向异性影响,推导直井井壁应力分布模型,建立各向异性地层破裂压力计算方法,并分析层理产状、各向异性程度、地应力及孔隙压力的影响。结果表明:低角度层理对破裂压力几乎无影响,而高角度层理对破裂压力影响显著;向最大水平地应力方向倾斜的层理,其破裂压力最低,极端情况下甚至比各向同性地层低50%,对井壁稳定极为不利;岩石各向异性程度越高,对破裂压力的影响越大;随着水平地应力比值和孔隙压力的增加,破裂压力整体上逐渐减小,而且地应力影响明显高于岩石各向异性,水平地应力比值增加后,岩石各向异性的影响进一步加剧;该模型提高了破裂压力计算的精度。 展开更多

关键词 岩石力学 各向异性 横观各向同性 井壁应力 破裂压力

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页岩层理对水平井井壁稳定的影响 被引量：38

9

作者 马天寿 陈平 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期97-104,共8页

中国南方海相页岩气区硬脆性页岩储层层理/裂缝发育,层理性页岩水平井钻井井壁坍塌问题已严重制约页岩气勘探开发进程。为此,以线弹性井壁稳定力学模型和单一弱面强度理论为基础,建立了考虑页岩层理产状、层理弱面强度、岩石强度、水平... 中国南方海相页岩气区硬脆性页岩储层层理/裂缝发育,层理性页岩水平井钻井井壁坍塌问题已严重制约页岩气勘探开发进程。为此,以线弹性井壁稳定力学模型和单一弱面强度理论为基础,建立了考虑页岩层理产状、层理弱面强度、岩石强度、水平井方位、强度弱化(含水量)等因素影响的层理性页岩水平井井壁稳定模型。在此基础上定量分析了层理产状和含水量对水平井井壁坍塌压力的影响。结果表明:坍塌压力与层理面产状、井眼方位关系密切,地层倾角0°<θDIP<15°、75°<θDIP<90°时有利于水平井井壁稳定;页岩层理弱化是导致井壁坍塌失稳的重要原因,无论层理产状如何变化,随着层理含水量的增加,井壁坍塌压力迅速增加,坍塌压力增量约为4.30～22.62MPa,含水量20%时坍塌压力增幅可达100%。 展开更多

关键词 页岩气 层理 水平井 井壁稳定 弱面 坍塌压力

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层理性页岩水平井井壁稳定性分析 被引量：27

10

作者 马天寿 陈平 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1375-1383,共9页

基于孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,分析层理面产状（走向、倾角）、井眼轨迹（井眼方位）和层理面强度弱化对水平井井壁稳定的影响。研究结果表明：页岩层理面产状和层理面强度弱化是导致... 基于孔隙弹性力学和单结构面强度理论,建立层理性页岩水平井井壁稳定力学分析模型,分析层理面产状（走向、倾角）、井眼轨迹（井眼方位）和层理面强度弱化对水平井井壁稳定的影响。研究结果表明：页岩层理面产状和层理面强度弱化是导致水平井井壁坍塌失稳的主要因素;层理面倾角为0°-30°时,沿着任何方位钻水平井的井壁稳定性都比较差,而层理面倾角为30°-90°时,沿特定方位钻水平井的井壁稳定性却比较好的,这便为井眼钻进方位的优化设计提供重要依据;层理面强度弱化的影响可以比层理面产状的影响更大,不同产状下坍塌压力差异可达0.45 g/cm^3,而层理面强度弱化导致的井壁坍塌压力可增加约0.54 g/cm^3;钻井液在渗透作用下沿层理面侵入地层,导致层理面黏聚力和内摩擦角降低,使井壁岩石更容易沿层理产生滑移,从而加剧井壁坍塌失稳的风险。最后,采用该模型在四川东南部威远构造第一口页岩气水平井W201-H1井进行了验证,井壁坍塌压力分析结果与实际情况吻合良好。 展开更多

关键词 页岩气 水平井 层理 井壁稳定 弱面 坍塌压力

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层理页岩水平井井周剪切失稳区域预测方法 被引量：23

11

作者 马天寿 陈平 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期26-36,共11页

为了揭示层理页岩强度各向异性对水平井井周剪切失稳的影响规律,基于直剪试验研究了川南龙马溪组页岩的强度各向异性特征,并与国外典型层理页岩进行了对比;建立了层理页岩井周坐标转换关系模型,结合井周应力弹性解、Mohr-Coulomb弱面强... 为了揭示层理页岩强度各向异性对水平井井周剪切失稳的影响规律,基于直剪试验研究了川南龙马溪组页岩的强度各向异性特征,并与国外典型层理页岩进行了对比;建立了层理页岩井周坐标转换关系模型,结合井周应力弹性解、Mohr-Coulomb弱面强度理论、Mohr-Coulomb准则,建立了层理页岩地层井周剪切失稳区域预测方法;分析了钻进方位对井周剪切失稳区域分布规律的影响。结果表明:弱面与本体强度参数基本呈线性关系,本体内聚力约为弱面内聚力的2.10倍,本体内摩擦角约为弱面内摩擦角的1.20倍,其中川南龙马溪组页岩强度各向异性特征更加显著;考虑层理等弱面影响计算出的失稳区域的形状不是传统的"狗耳朵"形状,而是近似于长方形,这种形状与典型的物模试验结果基本吻合;若页岩地层中存在显著的层理,则井周地层更容易沿弱面剪切滑动,导致水平井坍塌失稳的风险显著增大。利用该方法可以分别计算出井周地层沿弱面剪切、本体剪切和全部剪切的失稳区域分布,为层理发育地层井眼稳定分析、成像测井反演地应力方位等研究提供基础理论支撑。 展开更多

关键词 页岩气 水平井 层理 井壁稳定 弱面 坍塌压力

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湖相页岩水平井井壁稳定机理及钻井液安全密度窗口--以四川盆地侏罗系大安寨段为例 被引量：13

12

作者 马天寿 向国富 +2 位作者 林兆勇 杨博仲 陈颖杰 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期114-124,共11页

近期中石化、中石油相继在四川盆地侏罗系湖相页岩中取得了油气勘探突破,泰页1井、平安1井、龙安1井均在页岩段获得工业油气流,进一步展示了湖相页岩的油气勘探开发潜力。四川盆地湖相页岩是我国页岩油气勘探的重点方向,但页岩水平井井... 近期中石化、中石油相继在四川盆地侏罗系湖相页岩中取得了油气勘探突破,泰页1井、平安1井、龙安1井均在页岩段获得工业油气流,进一步展示了湖相页岩的油气勘探开发潜力。四川盆地湖相页岩是我国页岩油气勘探的重点方向,但页岩水平井井壁失稳风险较高,容易发生井壁坍塌、卡钻和埋钻事故,严重制约了水平井钻井提速提效和安全钻井。为了厘清湖相页岩的井壁稳定机理,以四川盆地侏罗系大安寨段湖相页岩为研究对象,系统开展了页岩矿物组成、微观结构、理化性能、岩石力学等测试分析,建立了钻井液安全密度窗口评价模型,分析了大安寨段页岩地层的井壁稳定性,并在N2H井验证了井壁稳定机理和钻井液安全密度窗口评价结果的准确性。研究结果表明:①大安寨段湖相页岩主要是应力集中过高、强度各向异性及钻井液穿透进入弱面造成的力学失稳,需要重视钻井液物理封堵性能;②直井和小角度定向井稳定性最好,井斜角超过45°后坍塌压力急剧增加;③沿最大水平地应力的水平井坍塌压力低、破裂压力高,井壁稳定性好,但不利于压裂;④沿最小水平地应力的水平井坍塌压力高、破裂压力低,井壁稳定性差,但有利于压裂。结论认为,N2H井安全密度窗口下限和上限分别为1.91~1.98 g/cm^(3)(均值为1.94 g/cm^(3))、2.37~2.55 g/cm^(3)(均值为2.45 g/cm^(3)),推荐油基钻井液密度介于2.05~2.30 g/cm^(3),预测结果与实钻情况吻合较好;该研究成果可以为大安寨段湖相页岩水平井井壁失稳防治、水平井钻井设计和施工提供有效的指导。 展开更多

关键词 湖相页岩 页岩油气 水平井 井壁稳定机理 各向异性 钻井液安全密度窗口 四川盆地 侏罗系大安寨段

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应用边界元法分析页岩地层井眼坍塌问题 被引量：9

13

作者 马天寿 陈平 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期839-849,共11页

基于各向异性连续介质力学和边界元理论,建立横观各向同性页岩地层井眼坍塌定问题的基本微分方程,推导出基本方程的边界积分方程及其离散解,并得出井周应力和位移的边界元离散解,结合Mohr-Coulomb准则判别井眼稳定性,形成基于边界元法(B... 基于各向异性连续介质力学和边界元理论,建立横观各向同性页岩地层井眼坍塌定问题的基本微分方程,推导出基本方程的边界积分方程及其离散解,并得出井周应力和位移的边界元离散解,结合Mohr-Coulomb准则判别井眼稳定性,形成基于边界元法(BEM)求解井眼坍塌问题的基本方法。建立页岩地层井眼坍塌问题的物理模型,采用各向同性地层模型对BEM进行检验,并开展井周应力分布规律研究和应用实例分析。研究结果表明:BEM求解结果与解析解吻合较好,二者相对误差小于2.49%;弹性模量各向异性、水平地应力差异和钻井液密度等对井壁应力分布影响较大(其中水平地应力差异的影响最大),而泊松比各向异性的影响较小;W201井1 530 m井段井眼稳定性分析结果与电测结果吻合良好,BEM计算的扩径率约为9.0%,而电测扩径率约为10.0%。 展开更多

关键词 页岩 井眼稳定 横观各向同性 边界元(BEM) 数值方法

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页岩气水平井井壁裂缝起裂力学行为研究 被引量：6

14

作者 马天寿 彭念 +1 位作者 陈平 邓智中 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期87-99,共13页

为了弄清层状页岩各向异性对井壁裂缝起裂力学行为的影响,以四川盆地下志留系龙马溪页岩为研究对象,开展了不同角度下页岩单轴压缩和巴西劈裂实验,明确了页岩弹性和抗张强度各向异性特征,建立了考虑页岩各向异性的水平井井壁裂缝起裂力... 为了弄清层状页岩各向异性对井壁裂缝起裂力学行为的影响,以四川盆地下志留系龙马溪页岩为研究对象,开展了不同角度下页岩单轴压缩和巴西劈裂实验,明确了页岩弹性和抗张强度各向异性特征,建立了考虑页岩各向异性的水平井井壁裂缝起裂力学模型,并分析了不同因素影响下井壁裂缝起裂规律。结果表明:弹性模量各向异性、地应力比值、抗张强度各向异性和孔隙压力对裂缝起裂压力影响显著,而泊松比各向异性影响较小;弹性模量各向异性、地应力比值对裂缝起裂位置和起裂倾角影响显著,而泊松比各向异性、抗张强度各向异性和孔隙压力的影响较小;井壁裂缝起裂力学行为与井眼方位密切相关,当井眼方位靠近最大或最小水平主应力方向时,井壁裂缝起裂力学行为差异随井眼方位的变化较小;当井眼方位同时远离最大和最小水平主应力方向时,井壁裂缝起裂力学行为差异随井眼方位的变化较大。研究结果可为页岩气水平井钻井井漏预防和水力压裂设计提供理论依据和参考。 展开更多

关键词 页岩 水平井 井壁裂缝 各向异性 起裂压力 起裂轨迹

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不同地应力状态下各向异性地层斜井井壁破裂规律 被引量：7

15

作者 马天寿 王浩男 +2 位作者 杨赟 彭念 刘阳 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1123-1135,共13页

在分析岩石各向异性弹性特性的基础上,建立考虑各向异性的斜井井壁破裂压力预测模型,分析典型地应力状态下不同井眼轨迹、层理产状和各向异性对井壁破裂压力的影响规律。研究结果表明:在正断层和走滑断层应力状态下,沿最大水平地应力方... 在分析岩石各向异性弹性特性的基础上,建立考虑各向异性的斜井井壁破裂压力预测模型,分析典型地应力状态下不同井眼轨迹、层理产状和各向异性对井壁破裂压力的影响规律。研究结果表明:在正断层和走滑断层应力状态下,沿最大水平地应力方向的破裂压力最低;考虑各向异性影响后,破裂压力整体上均呈下降趋势,正断层和走滑断层应力状态下破裂压力降幅为3.32%和3.00%;在逆断层应力状态下,沿最大水平地应力方向的破裂压力较高,且破裂压力整体上呈上升趋势,破裂压力增幅为3.34%;在各向异性系数相同的情况下,层理产状对破裂压力影响较为显著,其中在正断层应力状态下,低角度层理将导致破裂压力降低,而在走滑断层和逆断层应力状态下,低角度层理都将导致破裂压力增加。与正断层和走滑断层应力状态相比在逆断层应力状态下层理产状对破裂压力的影响更大,破裂压力降幅可达13.15%。 展开更多

关键词 斜井 各向异性 横观各向同性 破裂压力 起裂压力

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基于真三轴强度准则分析页岩斜井坍塌风险 被引量：3

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作者 马天寿 杨子莘 +1 位作者 陈平 郭昭学 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期161-168,共8页

井壁稳定性分析常采用Mohr Coulomb(M-C)准则,由于其忽略了中间主应力(σ_2)的影响,使得结果偏于保守。为此,给出一种考虑了σ_2影响的真三轴Mogi Coulomb(MG-C)准则,通过拟合Yuubari页岩真三轴实验数据,评价了M-C、Drucker Prager(D P)... 井壁稳定性分析常采用Mohr Coulomb(M-C)准则,由于其忽略了中间主应力(σ_2)的影响,使得结果偏于保守。为此,给出一种考虑了σ_2影响的真三轴Mogi Coulomb(MG-C)准则,通过拟合Yuubari页岩真三轴实验数据,评价了M-C、Drucker Prager(D P)和MG-C准则的适用性;基于孔隙弹性斜井井壁应力分布模型,采用3种强度准则进行了斜井相对坍塌风险的分析。研究表明,MG-C准则拟合结果最好,能够准确反映σ_2对强度的影响,岩石强度随σ_2增加,先增加后下降;采用3种强度准则计算的斜井相对坍塌风险分布规律基本一致,M-C准则计算结果偏高,D-P准则计算结果偏低,而MG-C准则比较准确地考虑了σ_2的影响,其计算结果比较适中,比较适合用于井壁坍塌压力分析。MG-C准则的材料常数可通过常规三轴岩石力学参数(内聚力和内摩擦角)计算得到,使得MG-C准则使用方便,采用测井资料分析井壁稳定可得到连续坍塌压力剖面。 展开更多

关键词 井壁稳定 强度准则 MogiCoulomb 页岩 坍塌压力

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基于机器学习模型的斜井坍塌压力预测方法 被引量：10

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作者 马天寿 张东洋 +1 位作者 杨赟 陈颖杰 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期119-131,共13页

坍塌压力是优化钻井液密度、维持井壁稳定的重要基础参数,对保障油气井安全高效钻井具有重要作用。为了解决传统坍塌压力预测方法存在的计算过程繁琐、预测精度较低等问题,采用随机森林、多项式回归等4种机器学习模型,建立了斜井坍塌压... 坍塌压力是优化钻井液密度、维持井壁稳定的重要基础参数,对保障油气井安全高效钻井具有重要作用。为了解决传统坍塌压力预测方法存在的计算过程繁琐、预测精度较低等问题,采用随机森林、多项式回归等4种机器学习模型,建立了斜井坍塌压力机器学习预测方法,利用参数随机采样和传统解析模型生成了训练样本,优选了最佳模型,优化了训练样本数量、神经网络结构和模型超参数,并以Z-1井为例验证了该预测方法的可靠性和准确性。研究结果表明:①优化的多层感知机模型预测性能最好,在验证集和测试集均表现出较好的预测能力;②该模型能准确预测不同井段的坍塌压力剖面,与测井解释结果相比,Z-1井直井段、斜井段和水平段坍塌压力预测的平均绝对误差小于0.0073 g/cm^(3)、均方根误差小于0.0138 g/cm^(3)、平均绝对百分比误差小于0.7711%、决定系数大于0.9505;③该模型能够准确预测任意深度斜井的坍塌压力,Z-1井在3个深度处的坍塌压力半球投影图预测最大相对误差小于1.97%、决定系数大于0.9876。结论认为,该方法能够准确预测给定参数范围内任意斜井的坍塌压力,并能捕捉坍塌压力随井斜和方位的变化规律,对于保持斜井和水平井井壁稳定保障油气安全高效开发具有重要技术支撑作用。 展开更多

关键词 井壁稳定 坍塌压力 机器学习 斜井 多层感知机 预测方法

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页岩抗张力学行为各向异性实验与理论研究 被引量：9

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作者 马天寿 王浩男 +3 位作者 刘梦云 彭念 郑南鑫 易晟昊 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1391-1401,共11页

开展彭水龙马溪页岩声波波速、巴西劈裂和声发射监测实验,明确页岩模量、抗张强度、声发射、破坏模式各向异性特征,并基于各向异性抗张强度CPA理论,分析页岩抗张强度及破裂角影响因素及变化规律。研究结果表明:1)随着加载角θ(加载方向... 开展彭水龙马溪页岩声波波速、巴西劈裂和声发射监测实验,明确页岩模量、抗张强度、声发射、破坏模式各向异性特征,并基于各向异性抗张强度CPA理论,分析页岩抗张强度及破裂角影响因素及变化规律。研究结果表明:1)随着加载角θ(加载方向与页岩层理面的夹角)增加,纵横波波速逐渐降低,抗张强度逐渐增加,破坏模式出现"简单-复杂-简单"的转变;2)随着微观参数Ω0(表征页岩强度空间分布)的增加,抗张强度逐渐增大,破裂角βf(破坏面与基准线的夹角)在θ较小时逐渐增大,在θ较大时逐渐减小;3)径向应力对抗张强度及破裂角也有显著影响,随着径向压应力增加,抗张强度增加、βf逐渐减小,而随着径向拉应力增加,抗张强度降低、βf逐渐增大;4)随着抗张强度各向异性程度增加,抗张强度与βf逐渐增大,并且βf最大值会由较小θ逐渐偏向较大的θ。 展开更多

关键词 页岩 各向异性 抗张强度 CPA理论 声发射 破坏模式

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基于双向长短期记忆神经网络的水平地应力预测方法 被引量：7

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作者 马天寿 向国富 +2 位作者 石榆帆 桂俊川 张东洋 《石油科学通报》 2022年第4期487-504,共18页

水平地应力是井壁稳定分析和水力压裂改造的关键基础参数,但深部地层地质环境复杂且隐蔽,使得水平地应力的准确快速预测难度较大。考虑到传统测井解释和神经网络模型难以描述测井数据与地应力之间的空间相关性,提出采用一种基于双向长... 水平地应力是井壁稳定分析和水力压裂改造的关键基础参数,但深部地层地质环境复杂且隐蔽,使得水平地应力的准确快速预测难度较大。考虑到传统测井解释和神经网络模型难以描述测井数据与地应力之间的空间相关性,提出采用一种基于双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)的水平地应力预测方法;以四川盆地CL气田两口直井为例,将两口直井分别作为训练井和测试井,通过训练井建立测井参数与地应力之间的非线性映射关系,实现对测试井水平地应力的预测;结合测井参数相关性和实际地质含义,分析了不同测井参数组合模式下水平地应力的预测效果。研究结果表明:(1)对比测井解释和岩心差应变测试结果发现,垂向地应力测井解释误差为0.39%,最大水平地应力测井解释误差为0.18%~0.64%,最小水平地应力测井解释误差为0.29%,说明测井解释与实际地应力吻合较好;(2)工区地应力大小排序为垂向地应力>最大水平地应力>最小水平地应力,属于潜在正断层应力状态;(3)水平地应力与垂深、密度和自然伽马呈较强的正相关关系,与纵波时差、井径、补偿中子和横波时差呈负相关关系;(4)不同的测井参数组合对水平地应力的预测效果不同,其中最优的测井参数组合为垂深、井径、密度、补偿中子、自然伽马、纵波时差;(5)通过正交设计实验,确定了最优超参数取值方案,其预测得到的最大和最小水平地应力平均绝对百分比误差分别为0.48‰和0.50‰。结论认为,BiLSTM模型能够有效捕捉测井参数随深度的变化趋势和测井参数的前后关联信息,可以实现水平地应力的精准预测。 展开更多

关键词 地应力 水平地应力 长短期记忆神经网络 双向长短期记忆神经网络 测井

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春晓气田定向井井壁稳定的力学分析

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作者 马天寿 陈颖杰 +2 位作者 乔泉熙 吴春梅 朱永斌 《西部探矿工程》 CAS 2009年第7期109-111,共3页

针对定向井井壁稳定问题,从力学方法分析井壁应力分布入手,建立了斜井井壁稳定力学模型,简要分析了孔隙压力、岩石力学参数、地应力、安全钻井液密度的计算,并根据春晓气田群实际情况,研究了该区定向井井壁稳定性随井斜角和方位角变化... 针对定向井井壁稳定问题,从力学方法分析井壁应力分布入手,建立了斜井井壁稳定力学模型,简要分析了孔隙压力、岩石力学参数、地应力、安全钻井液密度的计算,并根据春晓气田群实际情况,研究了该区定向井井壁稳定性随井斜角和方位角变化的规律与特点,得出了工区定向井安全钻井液密度计算方法。 展开更多

关键词 井壁稳定 井眼稳定 定向井 岩石力学

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