井底压差对岩石破碎影响研究——基于欠平衡钻井的分析

"井底压差对岩石破碎的影响机制 (2011年)"，这篇文章是中国石油大学学报(自然科学版)2011年第35卷第2期发表的一篇研究论文，作者包括郑德帅、高德利和张辉。文章主要探讨了在钻井过程中井底压差如何影响岩石破碎的过程，以及这一过程中的力学机制。 文章首先考虑了地层应力、井底压力、孔隙压力以及钻头牙齿侵入地层时产生的应力等多个因素，构建了一个牙齿侵入深度的数学表达式。这个表达式能够综合反映压力和流体等要素对岩石破碎的具体作用。然后，基于摩尔-库伦准则，建立了钻头牙齿侵入地层时的岩石破碎模型，该模型为理解和预测岩石破碎提供了理论基础。 文中特别指出，在压差的作用下，尤其是在渗透率和孔隙度较高的薄地层中，孔隙压力会发生动态变化，不再保持原始状态，而是随着时间及位置的改变而变化。这种变化遵循一维不稳定渗流的规律，可以通过相关计算方法进行预测和分析。 作者引入了一个名为β/x的比值，它是综合地层和钻井参数因素的误差函数β与深度x的比值，作为欠平衡钻井操作的一个应用参考参数。通过计算不同压差和β/x条件下的牙齿侵入深度，可以揭示其变化规律。这些规律对于优化钻井工艺，尤其是欠平衡钻井技术的实施具有指导意义。 此外，研究还发现，所建立的模型能够有效解释为什么欠平衡钻井可以提高钻速的力学原理，并能定量描述随钻地层压力监测（如dc指数法）的适用范围。dc指数法是一种常用的技术，用于监测和评估钻井过程中的地层压力变化。 这篇文章深入探讨了井底压差对岩石破碎的影响，为钻井工程中的压力控制和地层保护提供了理论支持，同时也为欠平衡钻井技术和地层压力监测提供了新的理解角度。通过这些研究，可以更有效地预防井壁不稳定、卡钻等问题，提高钻井效率和安全性。