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题名裂缝性干热岩地层钻井井壁失稳机理
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作者
刘伟吉
陈忠委
李澳宇
祝效华
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机构
西南石油大学机电工程学院
四川省油气装备技术共享与服务平台
西南石油大学地热能研究中心
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出处
《天然气工业》
北大核心
2025年第8期103-114,共12页
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基金
国家自然科学基金资助项目“深层干热岩钻进井壁围岩宏细观破裂机理及稳定性控制研究”(编号:52274231)。
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文摘
井壁失稳已成为制约干热岩高效开发的关键问题之一,其受温度场—渗流场—应力场(THM)耦合作用的影响,尤其在裂缝性非均质地层中钻井井壁失稳机理更为复杂。为揭示高温高压条件下裂缝性干热岩地层的井壁失稳机理和规律,基于岩石破坏准则和裂缝闭合Mohr-Coulomb摩擦理论,通过离散元与有限元二次开发,构建了热—流—固耦合作用下的非均质花岗岩离散裂缝网络(DFN)数值模型,系统分析了裂缝分布、裂缝开度及水平地应力比对井壁稳定性的影响,明确了裂缝性干热岩地层在开发过程中受应力作用下的井壁损伤演化过程,最后揭示了干热岩地层井壁失稳机理。研究结果表明:①裂缝的存在显著加剧了井壁失稳风险,表现为孔隙压力与温度场分布呈现波动性特征,且影响范围更广,导致裂缝性地层的破坏程度明显高于完整性地层;②井壁破坏呈现两阶段演化规律,早期以钻井液扰动诱发的拉伸破坏为主,后期则转变为热应力与地应力差主导的剪切破坏,且剪切破坏更易向地层深部扩展;③裂缝开度对井壁稳定性具有阈值效应,当开度小于0.005 mm时,其影响与完整性地层相近,当开度增至0.05 mm时,失稳趋势显著增强并趋于稳定;④水平地应力比值的增大会加剧井壁有效应力集中,进而促使破坏位置沿最大/最小地应力方向定向分布,同时抑制了拉伸破坏并增加了裂缝滑移风险。结论认为,该耦合数值模型揭示了裂缝性干热岩井壁失稳的多场协同作用机制,明确了裂缝参数与地应力差异的敏感性影响,为干热岩安全高效钻井提供了理论依据与工程指导,具有重要现实意义。
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关键词
干热岩
井壁稳定
裂缝性地层
热流固耦合
离散裂缝网络
破坏模式
非均质岩石
裂缝开度
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Keywords
Hot dry rock
Wellbore stability
Fractured formation
Thermal-hydro-mechanical coupling
Discrete fracture network
Failure mode
Heterogeneous rock
Fracture aperture
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分类号
TE21
[石油与天然气工程—油气井工程]
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