节理煤层井壁稳定性的评价方法研究

摘要

分析了节理煤层的井壁失稳机理,近井壁的裂纹受到地应力和裂纹应力的双重影响,比煤岩块体更容易遭到破坏.利用应力强度因子描述了裂纹的受力集中程度,利用强度准则构建了裂纹扩展破坏的判据,结合两者形成了节理煤层井壁稳定评价模型.通过该模型可以判断节理煤层直井或水平井井壁是否稳定,并可以求出密度窗口、破裂压力和坍塌压力.对于其他节理地层的井壁失稳,该方法仍具有借鉴意义.应用该模型,结合实例评价了煤储层水平井的井壁稳定,并分析了裂纹倾角、井底压力、裂纹长、井眼半径对应力强度因子的影响作用.在节理煤层水平井的井肇稳定中,随着井底压力的增加,应力强度因子KⅠ和KⅡ线性减小,井壁稳定性变好;随着裂纹长的增加,应力强度因子KⅠ和KⅡ显著增加,井壁稳定性变差;裂纹倾角越大,应力强度因子KⅠ减小、KⅡ增加,裂纹的抗张能力增强,抗剪能力降低,井壁的稳定性整体变差;井径的增加,应力强度因子KⅠ和KⅡ都增加.节理煤层中井眼存在尺寸效应,煤岩中的裂纹是井眼存在尺寸效应的重要因素之一.裂纹与井径的比值越大,尺寸效应越明显.