基于相场法的井壁微裂缝扩展规律及坍塌机理研究

摘要

文章建立了基于相场法的微裂缝扩展模型,通过数值模拟发现井壁微裂缝的起裂、扩展和转向等现象,分析了钻井液液柱压力和天然裂缝对井壁微裂缝扩展的影响规律,预测了防止微裂缝扩展的坍塌压力。结果表明,当钻井液液柱压力较小时,井壁经历了微裂缝的萌生、扩展、分支缝产生和交叉贯通等阶段;随着钻井液液柱压力趋近坍塌压力,井壁上产生的微裂缝数量减少、缝长变短、扩展速度降低;具有天然裂缝的岩石起裂所需能量比完整岩石破坏所需能量更低,微裂缝扩展速度更大,增大了井壁的坍塌压力。此外,天然裂缝位于最小水平地应力方向、夹角45°且与井壁连通时,最容易起裂和扩展,此处的井壁坍塌失稳风险最大。基于相场法理论的模型不仅能够可视化模拟井壁微裂缝扩展及坍塌过程,且坍塌压力预测结果与实钻情况相吻合。此研究为裂缝性地层井壁坍塌机理分析及防治提供了基础理论支撑。