[发明专利]井壁坍塌分析方法

摘要

井壁坍塌分析方法，包括：采集并输入参数(1)，初应力处理(2)，第一次应力释放(3)，第二次应力释放第一步(4A)，第二次应力释放第二步(4B)，特征值评价(5)，广义力和广义位移(6)，平衡路径曲线(7)，坍塌压力处理(8)。根据得到的最小特征值(μ1)m进行评价，当最小特征值(μ1)m＞0，时，如果m＜M，则m+1→m，即进入第二次应力释放第二步(4B)；否则，得到的即是总场；当最小特征值(μ1)m＜0时，根据插值法计算扰动场；计算坍塌压力qcr，以及qcr对应的塑性区分布图，确定防塌钻井液的密度。效果是：能分析非均匀地应力条件下应变软化塑性地层的井壁稳定性；设计的防塌钻井液密度，在现场钻井中起到储层保护效果。

主权项

1.一种井壁坍塌分析方法，包括：采集并输入参数(1)，初应力处理(2)，第一次应力释放(3)，第二次应力释放第一步(4A)，第二次应力释放第二步(4B)，特征值评价(5)，广义力和广义位移(6)，平衡路径曲线(7)，坍塌压力处理(8)；其特征为：A、采集并输入参数(1)：首先，采集通过相邻已钻井的测井资料得出的井壁岩石材料参数和通过岩石力学实验得到井壁岩石材料参数，将得到井壁岩石材料参数输入计算程序中；其次输入控制参数，控制参数中的弧长范围10^-5～10^-6m，输出步范围100～200，切线塑性剪切模量、残余强度通过岩石力学实验得到；B、初应力处理(2)：建立井壁模型，划分有限元网格单元，施加边界条件；计算初始应力场各网格单元高斯(Gauss)点的应力σ⁰；C、第一次应力释放(3)：计算孔壁处需释放的应力分量等效于实际钻井过程中应力完全释放而同时施加钻井液压力，得到扰动场A；D、第二次应力释放第一步(4A)：释放保留的应力分量，也就是模拟钻井液压力逐渐降低，第一步用弹性方法确定弹性阶段的载荷参数增量Δλ₁，得到弹性扰动场；E、第二次应力释放第二步(4B)：第二步指定微弧长增量Δs_m，引入载荷参数λ，按弹-软化塑性，用弧长法迭代求解，并求最小特征值(μ₁)_m，得到扰动应力场B；F、特征值评价(5)：根据得到的最小特征值(μ₁)_m进行评价，当最小特征值(μ₁)_m＞0，时，如果m＜M，则m+1→m，即m加上1以后进入第二次应力释放第二步(4B)；否则，得到的即是总场；当最小特征值(μ₁)_m＜0时，根据插值法计算扰动场；G、广义力和广义位移(6)：根据弧长法每步骤计算出的载荷因子λ，计算广义力和广义位移；H、平衡路径曲线(7)：根据广义力和广义位移绘制平衡路径曲线，找出极值点对应的应变软化极限载荷因子λ_cr；I、坍塌压力处理(8)：根据应力总场以及平衡路径曲线输出的应变软化极限载荷因子λ_cr，计算坍塌压力q_cr以及塑性区分布图，确定防塌钻井液的密度；