基于有限元法的井底应力场随井底压差变化规律研究

席境阳

（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营257000）

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提高机械钻速是钻井工程领域不懈追求的目标和努力的方向。国内外大量的室内实验和现场实践都已表明，“降低井底压力，改变井底岩石应力状态”是提高钻速最有效的手段［1-7］。但目前针对井底应力场及其受井底压力影响规律的研究较少，对其认识仍不深入，导致“降压提速”工艺技术的提升与应用受限。

目前井底应力场的研究方法主要分为室内实验与数值模拟2类。Maurer［8］利用模拟井底条件下单齿侵入试验得出液柱压力的存在不仅增强了岩石的强度，而且对岩石破碎产生的岩屑有着“压持作用”；常德玉等［9］通过对不同井底压差下的井底岩石应力场进行数值模拟计算，将井底待破碎岩石按照应力状态分为破碎区、较易破碎区和难破碎区3部分；彭烨等［10］采用有限元方法分析得出常规钻井井壁径向应力和周向应力呈喇叭形分布且随着半径增大逐渐趋于原地应力的结果；王延民等［11］、林铁军等［12］对气体钻井条件下的井底应力场进行了基于有限元理论的分析研究，得出了气体钻井条件下井底岩石更趋向于“受拉”状态，较泥浆钻井更容易破碎的结论。

可以看出，目前石油工程业内针对井底岩石应力场的研究尚不够深入，且大多为定性分析［13-14］。本文利用有限元数值模拟的研究方法，建立了考虑三向地应力、井底压差（液柱压力和孔隙压力差）、渗流等因素的井底应力场分析模型，分析井底压差对井底应力场分布的影响规律，为“降压提速”技术的研究提供理论基础。……