石油学报

作者：廖华林, 王华健, 牛继磊, 魏俊, 牛文龙, 刘建胜

单位：中国石油大学(华东)石油工程学院/非常规油气开发教育部重点实验室 山东青岛 266580

关键词：深井/超深井,高压水射流,切槽,应力卸载,多孔弹性,井底应力场

基金：廖华林,男,1974年8月生,2004年获石油大学(华东)博士学位,现为中国石油大学(华东)石油工程学院教授、博士生导师,主要从事油气井工程方面的教学与科研工作。Email:liaohualin2003@126.com

摘要： 深井/超深井岩石应力大造成的岩石强度升高是导致钻头磨损快、钻井效率低的主要原因之一。高压水射流技术由于可以大幅度提高机械钻速而被广泛应用于钻井工程领域。传统高压水射流破岩理论认为水射流能够起到清岩和辅助破岩的作用,但水射流形成的凹槽对井底岩石应力状态分布的影响一直没有引起足够的重视。结合钻头与高压水射流联合破岩过程,提出了高压水射流井底切槽应力卸载方法。基于Biot多孔弹性力学理论,建立了深部岩层物理模型,分析了不同井深、地应力状态、井底压差条件下岩石有效应力的分布形态和切槽应力的卸载程度;结合不同围压条件下花岗岩的力学特性,使用自定义岩石抗压强度函数分析了井底切槽对岩石强度分布特征的影响规律。研究结果表明:随着井深的增加,应力卸载效率不断升高,井底轴线处有效应力卸载效率在70 %以上,井底周围有效应力卸载效率约为50 %;钻井液压力的升高减小了应力卸载效率,且井底轴线处应力卸载效率受钻井液压力的影响较大;水射流切槽显著降低了井底轴线处岩石的强度,卸载效率达50 %以上,井底周围岩石强度卸载效率约为30 %;井底凹槽的存在释放了岩石的有效应力,并将井底岩石应力集中于区域推离切削面,从而降低了钻头作用区域的应力值,在一定程度上降低了岩石的强度,进而提高机械钻速。

来源：2022年第9期

《石油学报》期刊编辑部

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