不同地应力状态下坍塌压力随井斜角与方位角的变化规律

摘 要：文章讨论了在不同应力状态下，地层坍塌压力随井斜角、方位角的变化规律，以便对井网分布的确定、防斜打直、钻井井眼轨迹设计以及为减少或避免钻井复杂问题时的井位选择和钻井方向提供铺垫作用。

关键词：坍塌压力 地应力 作用

中图分类号：TE21 文献标志码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（a）-0092-02

对于钻井来说，地层坍塌压力是一个很重要的数据，直接影响井壁的稳定性。根据坍塌压力计算模型发现，在不同应力下，地层坍塌压力随井斜角与方位角的变化具有一定规律性，这为井网分布的确定、钻井井眼轨迹设计等提供了理论基础。

1 计算模型

1.1 定向井的井周应力分析

深部地层受三向主地应力作用，上覆岩层应力，最大水平地应力和最小水平地应力。选取坐标系（1，2，3）分别与主地应力，，方向一致（图1）。为方便起见，建立直角坐标系（x，y，z）和柱坐标系（r，θ，z），其中oz轴对应于井轴，ox和oy位于与井轴垂直的平面之中。根据线―弹性本构模型及有效应力理论，可以推导出井壁处3个主应力可表示为：

2.2 坍塌压力随井斜角、方位角的变化规律

将上述设定的计算条件代入（5）式，即可得到坍塌压力随井斜角、方位角的变化规律，见图2～图5。

从图2～图5可以看出，当时，在不同的方位角下，坍塌压力都是随井斜角的增大而减小，说明在这样的地应力状态下，适合于打斜井及水平井。

当时，坍塌压力基本上是随井斜角的增大而增大。因此，在这种地应力状态下，直井比斜井更稳定，特别是在打水平井时，应该注重防止井壁坍塌。

当时，四条曲线重合在一起，说明坍塌压力不随方位角的变化而变化，仅随井斜角的增大坍塌压力也增大，因此不宜打大斜度井。

当时，井斜角增大时，坍塌压力可能增大也可能减小，坍塌压力随方位角的增大而增大。因此，在这种情况下，打斜井时选择合适的方位非常重要。

3 结论与建议

（1）当时，斜井、水平井较直井稳定，井眼轨迹沿最大地应力方向更安全。

（2）当时，直井较斜井、水平井稳定，斜井、水平井井眼轨迹沿最小地应力方向更安全。

（3）当时，直井较斜井、水平井稳定，井眼稳定性不随方位变化而变化。

（4）当时，井斜角一定时，不同方位对井壁稳定影响较大。

参考文献

[1] 邓金根，张洪生，钻井工程中井壁失稳的力学机理[M].石油工业出版社，1998.

[2] 李志明，张金珠.地应力与油气勘探开发[M].石油工业出版社，1997.