多边交叉稳定分析优化设计参数

概述

Halliburton对俄国客户进行了地质机学研究,评价开孔多边交叉点机械稳定性,计划对中弱岩石钻探研究综合数值模拟和高级地理机理分析研究不同接合配置的可行性并优化设计参数,如登陆深度、接合角和面向场压基于分析结果,确定最稳定的接头配置和相应的最小泥重并优化设计参数

挑战

路口钻孔扰动原位压力并引起高压集中度在该路口附近开发交叉点可经历机械不稳定性,如果这些高压超过岩石强度路口周围的压力集中不仅取决于场压强,还取决于路口几何学维护连接点稳定需要最小内部支持,由泥重提供传统井水稳定分析流程基于Kirsch弹性压力方程开发,并不适用于连接稳定分析,因为问题边界条件和几何与Kirsch方程基本假设不相容传统方法也无法提供对岩石故障后较严重案例响应的任何深入了解,这可能从小可控性不稳定到完全崩溃交口不等。

解决之道

数值模拟用于整合连接点真实几何学并评价岩石故障后响应和故障区潜在范围搭建了两种模型,对应15度和25度两个相交角3个潜在候选登陆区与3个岩石层相对应(山石、粘土石和阿列弗罗利特)得到评价弹性应力分析显示在接合点周围开发三大异应力区:

• 区A:高压区
• B区:放松压力区(潜在紧张区)
• C区:略加压区(压缩区)

弹性塑料模拟显示A区和C区是交叉点上潜在的故障启动区,故障潜力不仅取决于岩石机械特性,还取决于交叉角和场差应力连接角从15度升至25度缩小B区面积并降低A区和C区压缩压力,从而实现更稳定的连接点显示较高的初始差分压力对交界点稳定有负面影响,造成B区更多紧张和A区和C区更多压缩压力利用这些发现选择最优基本案例交错配置出故障后分析评价故障递增因泥重函数

结果

依据故障分析结果定义三大状态,视接合点前后故障演进而定:

• 稳定交叉点-无故障或小故障
• 受损交界点-稳定故障
• 不稳定交叉点 — — 逐步失效,导致完全交叉点崩溃

最小泥重对应三种岩石类型可行配置后确定为最小泥重小于最大允许泥重的配置,最大允许泥重由构造骨折梯度定义