[發明專利]井壁坍塌分析方法

有效

• 申請號: 201110051425.1
• 申請日: 2011-03-03
• 公開（公告）號: CN102182453A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 陳朝偉;王倩;王瑛;周英操;趙慶;劉玉石
• 申請（專利權）人: 中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 李玉明

1.一種井壁坍塌分析方法，包括：采集并輸入參數(1)，初應力處理(2)，第一次應力釋放(3)，第二次應力釋放第一步(4A)，第二次應力釋放第二步(4B)，特征值評價(5)，廣義力和廣義位移(6)，平衡路徑曲線(7)，坍塌壓力處理(8)；其特征為：

A、采集并輸入參數(1)：首先，采集通過相鄰已鉆井的測井資料得出的井壁巖石材料參數和通過巖石力學實驗得到井壁巖石材料參數，將得到井壁巖石材料參數輸入計算程序中；其次輸入控制參數，控制參數中的弧長范圍10^-5～10^-6m，輸出步范圍100～200，切線塑性剪切模量、殘余強度通過巖石力學實驗得到；

B、初應力處理(2)：建立井壁模型，劃分有限元網格單元，施加邊界條件；計算初始應力場各網格單元高斯(Gauss)點的應力σ⁰；

C、第一次應力釋放(3)：計算孔壁處需釋放的應力分量等效于實際鉆井過程中應力完全釋放而同時施加鉆井液壓力，得到擾動場A；

D、第二次應力釋放第一步(4A)：釋放保留的應力分量，也就是模擬鉆井液壓力逐漸降低，第一步用彈性方法確定彈性階段的載荷參數增量Δλ₁，得到彈性擾動場；

E、第二次應力釋放第二步(4B)：第二步指定微弧長增量Δs_m，引入載荷參數λ，按彈-軟化塑性，用弧長法迭代求解，并求最小特征值(μ₁)_m，得到擾動應力場B；

F、特征值評價(5)：根據得到的最小特征值(μ₁)_m進行評價，當最小特征值(μ₁)_m＞0，時，如果m＜M，則m+1→m，即m加上1以后進入第二次應力釋放第二步(4B)；否則，得到的即是總場；當最小特征值(μ₁)_m＜0時，根據插值法計算擾動場；

G、廣義力和廣義位移(6)：根據弧長法每步驟計算出的載荷因子λ，計算廣義力和廣義位移；

H、平衡路徑曲線(7)：根據廣義力和廣義位移繪制平衡路徑曲線，找出極值點對應的應變軟化極限載荷因子λ_cr；

I、坍塌壓力處理(8)：根據應力總場以及平衡路徑曲線輸出的應變軟化極限載荷因子λ_cr，計算坍塌壓力q_cr以及塑性區分布圖，確定防塌鉆井液的密度；

2.根據權利要求1所述的一種井壁坍塌分析方法，其特征在于：所述的井壁巖石的材料參數包括：彈性模量、泊松比、內摩擦角、內聚力、軟化系數、屈服函數類型、內變量類型、水平最大主應力、水平最小主應力和深度。

3.根據權利要求1或2所述的一種井壁坍塌分析方法，其特征在于：所述的控制參數包括：弧長、輸出步、切線塑性剪切模量、殘余強度。