极地冻土低温力学特性及井眼坍塌风险分析*

周晓晖，苏义脑，程远方，李庆超

(1.中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580； 2.河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454000)

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美国地质调查局(USGS)在2009年对北极圈以内地区的油气资源进行科学评估，发现该区域油气资源量极其丰富，蕴藏有全球约30%的天然气已探明储量和约13%的石油已探明储量[1-3]，开发前景极好。尽管北极地区油气资源量极为丰富，但考虑到该区域永久冻土层为温度敏感性地层[4-5]，钻井过程中钻井液在井筒中不断循环会使其温度不断升高从而导致井周冻土层的融化[6-7]及其强度的降低[8-9]，并加剧井壁的失稳状况进而威胁钻井作业安全[10-11]。因此，开展与极地冻土层力学特性及其影响因素相关研究和分析对于维持极地冻土层钻井过程井壁的稳定意义重大。

目前，国内关于极地冻土低温力学特性的相关研究已取得一定进展[12-14]，并对冻土层油气开发过程工程地质力学问题的分析研究有一定帮助。路贵林[12]开展多年冻土区冻土在高温下的力学特性实验研究，同时揭示高温条件下冻土强度的发挥机制；薛楠[13]对吉林地区的季冻土进行预冻融和正冻融实验研究，阐述冻融循环效应对粉砂冻工程性质的影响。尽管如此，考虑到永久冻土的取样和保存均较难，导致低温条件下永久冻土的力学特性研究尚不够深入。另外，国内关于冻土储层钻井井眼坍塌风险的分析研究也仅停留在井筒传热和失稳规律分析层面，井壁失稳相关机制的深入分析仍不足[14-16]。……