目錄
第1章 緒論 1
1.1 復(fù)雜油氣藏鉆井井壁失穩(wěn)問題 1
1.1.1 頁巖氣藏 1
1.1.2 致密氣藏 2
1.1.3 致密油/頁巖油藏 3
1.1.4 深層油氣藏 4
1.2 井壁失穩(wěn)的主要原因與基本形式 5
1.2.1 井壁失穩(wěn)的主要原因 5
1.2.2 井壁失穩(wěn)的基本形式 6
1.3 井壁穩(wěn)定研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 8
1.3.1 井壁穩(wěn)定彈性力學(xué) 8
1.3.2 井壁穩(wěn)定各向異性力學(xué) 9
1.3.3 井壁穩(wěn)定流-固耦合理論 11
1.3.4 井壁穩(wěn)定流-固-化耦合理論 12
1.3.5 井壁穩(wěn)定熱-流-固-化多場耦合理論 14
第2章 定向井、水平井井壁穩(wěn)定力學(xué)分析 17
2.1 斜井井周應(yīng)力分布模型 17
2.1.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系 17
2.1.2 井周應(yīng)力分布 18
2.1.3 井壁應(yīng)力分布 20
2.1.4 井壁主應(yīng)力狀態(tài) 21
2.2 強(qiáng)度各向同性地層井壁穩(wěn)定分析 22
2.2.1 井壁失穩(wěn)判別準(zhǔn)則 23
2.2.2 允許崩落模型的求解 29
2.2.3 井壁穩(wěn)定算例分析 32
2.2.4 現(xiàn)場案例分析 37
2.3 強(qiáng)度各向異性地層井壁穩(wěn)定分析 40
2.3.1 各向異性巖石強(qiáng)度特征與理論 40
2.3.2 含弱面地層井壁穩(wěn)定模型求解 48
2.3.3 井壁穩(wěn)定算例分析 50
2.3.4 現(xiàn)場案例分析 52
第3章 各向異性地層井壁穩(wěn)定力學(xué)分析 55
3.1 地層各向異性特征分析 55
3.1.1 頁巖三軸壓縮試驗(yàn) 55
3.1.2 彈性各向異性及其表征 64
3.1.3 強(qiáng)度各向異性及其表征 67
3.2 井壁穩(wěn)定各向異性力學(xué)模型 70
3.2.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系 70
3.2.2 控制方程組 74
3.2.3 應(yīng)力分布求解 76
3.2.4 井周有效應(yīng)力 81
3.2.5 失穩(wěn)判別準(zhǔn)則 82
3.3 井壁穩(wěn)定算例分析 83
3.3.1 彈性各向異性算例 83
3.3.2 各向異性地層算例 86
3.3.3 現(xiàn)場案例分析 88
第4章 各向異性地層井壁穩(wěn)定流-固耦合理論 92
4.1 各向異性地層流-固耦合數(shù)學(xué)模型 92
4.1.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 92
4.1.2 本構(gòu)方程 95
4.1.3 輸運(yùn)方程 96
4.1.4 控制方程 96
4.2 各向異性地層流-固耦合有限元建模 97
4.2.1 廣義平面應(yīng)變有限元求解 97
4.2.2 廣義平面應(yīng)變有限元模型 98
4.2.3 有限元模型驗(yàn)證 99
4.2.4 井壁穩(wěn)定準(zhǔn)則與指標(biāo) 100
4.3 各向異性地層井壁穩(wěn)定模擬結(jié)果分析 101
4.3.1 彈性參數(shù)各向異性的影響 102
4.3.2 滲透率各向異性的影響 106
4.3.3 層理傾角的影響 109
4.3.4 井斜角的影響 112
4.3.5 彈性、強(qiáng)度、滲透率各向異性影響的對比 113
第5章 泥頁巖地層井壁穩(wěn)定流-固-化耦合理論 115
5.1 泥頁巖地層井周壓力傳遞模型 115
5.1.1 滲透和擴(kuò)散特征描述 116
5.1.2 井周壓力傳遞模型建立 120
5.1.3 井周壓力傳遞模型求解 123
5.1.4 頁巖壓力傳遞物模實(shí)驗(yàn) 126
5.1.5 模型耦合系數(shù)反演方法 130
5.1.6 井周壓力傳遞規(guī)律分析 136
5.2 井壁穩(wěn)定流-固-化耦合評價(jià)方法 139
5.2.1 井周圍巖應(yīng)力分布模型 139
5.2.2 頁巖井壁穩(wěn)定性判別準(zhǔn)則 142
5.2.3 井壁穩(wěn)定流-固-化耦合模型求解方法 145
5.3 頁巖井壁穩(wěn)定實(shí)例分析 146
5.3.1 井周孔隙壓力分布特征 147
5.3.2 井周地層失穩(wěn)區(qū)域預(yù)測 148
5.3.3 實(shí)際坍塌壓力與失穩(wěn)區(qū)域 154
第6章 泥頁巖地層井壁穩(wěn)定熱-流-固-化多場耦合理論 159
6.1 井周圍巖熱-流-固-化多場耦合模型與求解 159
6.1.1 本構(gòu)方程 159
6.1.2 輸運(yùn)方程 162
6.1.3 控制方程 163
6.1.4 多場耦合控制方程有限元格式 164
6.1.5 多場耦合有限元模型的求解 170
6.1.6 多場耦合有限元模型的驗(yàn)證 172
6.2 熱-流-固-化耦合下井壁穩(wěn)定判別準(zhǔn)則 174
6.2.1 巖石強(qiáng)度弱化規(guī)律 174
6.2.2 井壁穩(wěn)定判別準(zhǔn)則 175
6.2.3 歸一化屈服區(qū)面積 176
6.3 深層頁巖井周圍巖多場耦合與穩(wěn)定性規(guī)律 177
6.3.1 不同耦合模式下多物理場演化規(guī)律 178
6.3.2 井周地層含水率與強(qiáng)度分布規(guī)律 183
6.3.3 深層頁巖井周失穩(wěn)模式與演化規(guī)律 185
6.3.4 不同耦合模式下井壁失穩(wěn)演化規(guī)律 187
6.3.5 深層頁巖井壁穩(wěn)定參數(shù)敏感性分析 188
6.3.6 深層頁巖井壁穩(wěn)定參數(shù)敏感性排序 195
6.4 多場耦合下深層頁巖井壁穩(wěn)定分析實(shí)例 196
6.4.1 實(shí)例井1 196
6.4.2 實(shí)例井2 198
第7章 動(dòng)載荷對井壁穩(wěn)定的影響規(guī)律研究 201
7.1 巖石彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系 201
7.2 鉆柱碰撞與壓力波動(dòng)對井壁穩(wěn)定的影響 202
7.2.1 井壁穩(wěn)定有限元模型 203
7.2.2 動(dòng)載荷作用下井壁穩(wěn)定演化規(guī)律 205
7.2.3 不同動(dòng)載荷對井壁穩(wěn)定的影響 207
7.2.4 鉆柱碰撞對井壁穩(wěn)定的影響規(guī)律 210
7.2.5 壓力波動(dòng)對井壁穩(wěn)定的影響規(guī)律 214
7.3 鉆具動(dòng)力刮擦對井壁穩(wěn)定的影響 219
7.3.1 井壁穩(wěn)定有限元模型 220
7.3.2 規(guī)則圓形井眼穩(wěn)定性模擬結(jié)果分析 223
7.3.3 不規(guī)則井眼穩(wěn)定性模擬結(jié)果分析 225
第8章 基于可靠度理論的井壁穩(wěn)定評價(jià)方法 230
8.1 井壁穩(wěn)定可靠度評價(jià)方法 230
8.1.1 井壁穩(wěn)定可靠度評價(jià)理論 230
8.1.2 井壁應(yīng)力分布模型 231
8.1.3 井壁坍塌壓力模型 232
8.1.4 井壁破裂壓力模型 234
8.1.5 蒙特卡羅隨機(jī)模擬方法 234
8.2 井壁穩(wěn)定可靠度算例分析 235
8.2.1 輸入?yún)��?shù)不確定性分析 236
8.2.2 隨機(jī)模擬取樣次數(shù)的確定 237
8.2.3 確定條件下井壁穩(wěn)定分析 238
8.2.4 不確定條件下井壁失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn) 239
8.2.5 崩落寬度對坍塌失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的影響 240
8.3 井壁穩(wěn)定參數(shù)敏感性分析 242
8.3.1 參數(shù)均值敏感性分析 242
8.3.2 參數(shù)變異系數(shù)敏感性分析 245
8.4 含置信度的坍塌和破裂壓力剖面 246
8.4.1 含置信度的井壁穩(wěn)定分析步驟 246
8.4.2 含置信度的坍塌和破裂壓力剖面算例 248
參考文獻(xiàn) 252
編后記 263