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基于Mogi-Coulomb强度准则的井壁稳定性力学分析新方法
摘要
井壁稳定是石油勘探开发过程中的重要问题。传统的井壁稳定性分析方法主要是基于弹性力学理论，难以准确分析非弹性材料和非对称力学问题。本文提出了一种基于Mogi-Coulomb强度准则的井壁稳定性力学分析方法，并结合实际案例进行了验证和应用。结果表明，该方法能够更准确地评估井壁稳定性，对石油勘探开发具有较大的实际意义和应用价值。
关键词：井壁稳定性；弹性力学；Mogi-Coulomb强度准则；应力状态；断裂面
Abstract
Wellborestabilityisanimportantissueinoilexplorationanddevelopment.Traditionalanalysismethodsforwellborestabilityaremainlybasedonelasticmechanicstheory,whichisunabletoaccuratelyanalyzenon-elasticmaterialsandasymmetricmechanicalproblems.ThispaperproposesanewmethodforanalyzingwellborestabilitybasedontheMogi-Coulombstrengthcriterion,andcombinesitwithactualcasestudyresultstoverifyandapply.Theresultsshowthatthismethodcanmoreaccuratelyevaluatewellborestabilityandhaspracticalsignificanceandapplicationvalueforoilexplorationanddevelopment.
Keywords:wellborestability;elasticmechanics;Mogi-Coulombstrengthcriterion;stressstate;fracturesurface
1、引言
井壁稳定性是石油勘探开发的重要问题之一。井壁稳定性差会导致井眼崩塌、钻头卡失、降低钻进效率等问题，严重影响石油勘探开发的进程。因此，准确评估井壁稳定性具有极为重要的实际意义。
传统井壁稳定性分析方法主要是基于弹性力学理论，其中常用的方法包括杨氏模量-泊松比关系、罗斯关系等。这些方法对于弹性材料和主偏应力对称的问题有较好的适用性，但对于非弹性材料和主偏应力不对称的问题则难以准确分析。因此，需要研究一种新的井壁稳定性分析方法，能够更准确地评估井壁稳定性。
本文提出了一种基于Mogi-Coulomb强度准则的井壁稳定性力学分析方法。该方法通过考虑断裂面的影响，能够更准确地反映非弹性材料和主偏应力不对称的问题。同时，结合实际案例进行验证和应用，证明该方法在评估井壁稳定性方面具有较大的实际意义和应用价值。
2、Mogi-Coulomb强度准则
Mogi-Coulomb强度准则是常用的非线性强度准则之一。该准则基于破裂面上的塑性理论，通过分析应力状态和切应力的影响，判定材料是否会发生破坏。其数学表达式为：
f=σn/σs-tanϕ
其中，f为破坏准则；σn和σs分别为法向应力和切应力；ϕ为摩擦角。
根据Mogi-Coulomb强度准则，材料只有在切应力达到某一临界值时才会发生破坏。因此，可以通过计算应力状态和切应力的大小来判定材料是否会破坏。
3、井壁稳定性力学分析方法
本文提出的井壁稳定性力学分析方法基于Mogi-Coulomb强度准则，其步骤如下：
（1）确定井壁岩石力学性质。
（2）计算井壁岩石处于不同应力状态下的切应力。
（3）根据Mogi-Coulomb强度准则，判断井壁岩石是否会发生破坏。
（4）分析井壁岩石破坏的可能位置和范围。
（5）根据井壁破坏的位置和范围，采取相应的井壁稳定措施。
其中，步骤（2）和（3）是该方法的关键步骤。在步骤（2）中，需要确定井壁岩石在不同应力状态下的切应力大小。在步骤（3）中，则需要根据Mogi-Coulomb强度准则，计算判断井壁岩石是否会破坏。
具体来说，需要先确定井壁岩石的力学性质，包括弹性模量、泊松比、摩擦角等参数。通过计算应力状态和切应力，可以得到井壁岩石在不同应力状态下的切应力大小。然后，根据Mogi-Coulomb强度准则，计算判断井壁岩石是否会破坏。
4、实际案例分析
为了验证本文提出的井壁稳定性力学分析方法的可行性和准确性，本文针对某油田的一个井进行了分析。具体工作步骤如下：
（1）通过地质勘探资料获取井壁岩石弹性模量、泊松比、摩擦角等参数。
（2）通过井壁应力实测数据计算井壁岩石处于不同应力状态下的切应力。
（3）根据Mogi-