花岗岩热弹脆性损伤特性及井壁稳定性研究

【摘要】对于地质钻探高温井，地层温度是影响井壁稳定的一个重要因素，在温度作用下地层岩石内部结构会发生改变，强度受到影响。本文针对深部地质钻井中所钻遇的花岗岩地层，探讨其热弹脆性损伤破坏机理及井壁失稳特性，开展的工作主要有：根据花岗岩在温度作用下的破坏机理，定义热统计损伤变量，用以描述各向同性岩石在温度和压力耦合作用下内部结构的变化规律，得到花岗岩的热弹脆性损伤模型，同时与用弹性模量定义的热损伤进行对比，来分析其准确性。对不同温度下循环加热处理的花岗岩进行岩石力学实验，探讨其热损伤特性，得到岩石的力学性能参数随温度变化的规律性试验结果，为热损伤理论模型提供材料参数。结果表明热膨胀系数在350℃与50℃时的值差距相差很大，在井壁的力学分析中，是一个不可忽略的重要因素，弹性模量、泊松比随温度有规律的变化，对岩石的热损伤影响明显。基于所建立的热弹脆性损伤模型和实验结果，建立了综合考虑温度与压力影响下，井眼周围有效应力的表达式，从而导出井壁因挤压破坏失稳的坍塌压力、和因拉伸破坏失稳的破裂压力计算公式，最终得出所需钻井液安全密度随井壁温度的升高而增加，揭示了在地层温度较高时，岩石热膨胀系数越大对井壁稳定性越不利，损伤变量对井壁破裂压力影响明显。该结果为准确确定地质钻探高温井时井壁稳定性提供了理论基础。
【作者】黄浩；
【导师】吕建国；王志乔；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】损伤力学；温度；本构模型；井壁稳定性；

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