第3章 井壁围岩的应力状2007-10-15

第3章 井壁围岩的应力状态 54

第3章 井壁围岩的应力状态

井眼的形成打破了原地应力的平衡状态，应力在井壁围岩重新分布，引起应力集中。井壁围岩应力受原地应力状态、地层孔隙压力、井内液柱压力、岩石特性和井眼几何形状等因素联合影响。随着这些因素的变化，井壁围岩可能发生坍塌崩落、缩径或地层破裂等失稳问题，因此钻井过程中对钻采过程中井眼围岩的应力分布状态分析是钻采设计基础。本章将讨论垂直井眼、斜井眼井壁围岩的应力状态。

3.1 垂井井壁围岩应力分布

假设地层是均匀各向同性、线弹性多孔材料，并认为井壁围岩处于平面应变状态。井壁围岩应力状态可用以下力学模型求解，在无限大平面上，一圆孔受有均匀的内压pi，同时在这个平面的无限远处受有水平最大地应力?H、水平最小地应力?h的作用，其铅直方向上受有上覆地层压力?v(如图3.1.1所示)。考虑到岩石为小变形弹性体，则线性叠加原理是适用的。因此，井壁围岩总的应力状态可通过先研究各应力分量对井壁围岩应力的影响，而后再行叠加的方法来获得。将井壁受力的力学模型分解为：

图3.1.1 井壁围岩力学模型分解图

井壁岩石所受的应力状态可在圆柱面坐标系中用径向应力?r ，周向应力?? ，垂直应力?z及剪应力??z来表示。

1．液柱压力pi引起的应力

R2

?r?2pir （3.1.1） 2R????2pir

式中，R为井眼半径；r为极坐标半径。

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