基于瞬态热流固耦合的钻井井壁稳定性分析

钻井过程中，钻井液循环对井壁和地层岩石产生热交换作用，同时钻井液滤失对地层产生渗流作用，两者都会引起井周应力场的改变，影响钻井液密度参数设计，严重时会导致井壁坍塌等复杂情况。文中根据线性热弹性多孔介质理论计算了温度变化对井壁和井周地层产生的井周热应力，依据达西渗流模型和渗流控制方程计算了瞬态条件下的地层孔隙压力和井周渗流应力，依据线性叠加原理求得了瞬态热流固耦合模型的井周应力，并利用摩尔-库伦准则和抗拉强度准则分析了温度与渗流对井壁稳定性的影响。结果表明：钻井液循环对地层降温会降低地层坍塌压力和破裂压力，在井壁钻井液柱压力恒定的情况下，井周坍塌失稳区域减小，破裂失稳区域增大；钻井液向地层滤失渗流会增大地层坍塌压力和破裂压力，在井壁钻井液柱压力恒定的情况下，井周坍塌失稳区域增大，破裂失稳区域减小。计算结果对钻井过程中确定合理的钻井液密度和类型以维持井壁稳定具有指导意义。