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從巖石力學(xué)的觀點(diǎn)研究鉆井過程中的井壁穩(wěn)定，利用已測(cè)室內(nèi)試驗(yàn)得到的巖石力學(xué)參數(shù)，在COMSOL有限元數(shù)值模擬軟件基礎(chǔ)上建立井壁模型，揭示鉆井過程井眼圍巖應(yīng)力分布，為防止井壁失穩(wěn)提供依據(jù)和指導(dǎo)。物理模型：由于井眼直徑遠(yuǎn)小于井深,故可把直井井眼模型簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變模型。

井壁穩(wěn)定，井周應(yīng)力分析

本案例考察不同地應(yīng)力下井壁周圍環(huán)向應(yīng)力與徑向應(yīng)力分布，同時(shí)考慮孔隙水壓對(duì)圍巖應(yīng)力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環(huán)向應(yīng)力與徑向應(yīng)力，需要通過x、y方向應(yīng)力轉(zhuǎn)化得到。具體結(jié)果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應(yīng)力大小，會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)力分布。在井壁周圍，徑向應(yīng)力最小，環(huán)向應(yīng)力與von Mises屈服應(yīng)力最大。

以上各方程之間相互耦合，探討滲流壓力、溫度應(yīng)力、水分濃度對(duì)井壁穩(wěn)定性影響。井壁的穩(wěn)定性與傾角、地應(yīng)力及鉆井液的壓力具有關(guān)系，巖層的彈性模量、泊松比與內(nèi)摩擦角與內(nèi)聚力均與含水率有關(guān)。 物理場(chǎng)方程 鉆井液壓力分布 徑向應(yīng)力 塑性區(qū)域 斜井鉆井液壓力

3） 平衡井壁巖石側(cè)壓力，在井壁形成濾餅，封閉和穩(wěn)定井壁。防止對(duì)油氣層的污染和井壁坍塌。 4） 平衡(控制)地層壓力。防止井噴，井漏，防止地層流體對(duì)鉆井液的污染。 5） 懸浮巖屑和加重劑。降低巖屑沉降速度，避免沉沙卡鉆。 6） 在地面能沉除砂子和巖屑。 7） 有效傳遞水力功率。傳遞井下動(dòng)力鉆具所需動(dòng)力和鉆頭水力功率。

為了發(fā)揮滿眼鉆具的防斜作用，在鉆具上至少要有三個(gè)穩(wěn)定點(diǎn)，除在靠近鉆頭處有一個(gè)扶正器外，其上面應(yīng)再安放兩個(gè)扶正器才能保持有三點(diǎn)接觸井壁。如果只有兩點(diǎn)接觸，鉆柱就能循沿一條曲線，不能保證井眼的直線性。如果有三點(diǎn)接觸，就能保證井眼的直線性和限制鉆頭的橫向移動(dòng)。

3）平衡井壁巖石側(cè)壓力，在井壁形成濾餅，封閉和穩(wěn)定井壁。防止對(duì)油氣層的污染和井壁坍塌。4）平衡（控制）地層壓力。防止井噴，井漏，防止地層流體對(duì)鉆井液的污染。5）懸浮巖屑和加重劑。降低巖屑沉降速度，避免沉沙卡鉆。6）在地面能沉除砂子和巖屑。7）有效傳遞水力功率。傳遞井下動(dòng)力鉆具所需動(dòng)力和鉆頭水力功率。8）承受鉆桿和套管的部分重力。

COMSOL 為電氣、機(jī)械、流體、聲學(xué)和化學(xué)應(yīng)用提供了 IDE 和統(tǒng)一的工作流程。 COMSOL 提供了幾個(gè)模塊，根據(jù) 應(yīng)用領(lǐng)域分為電氣、機(jī)械、流體、聲學(xué)、化學(xué)、多用途和接口。 流固耦合 （FSI） 是描述流體動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的定律之間的多物理場(chǎng)耦合。這種現(xiàn)象的特點(diǎn)是可變形或移動(dòng)的結(jié)構(gòu)與周圍或內(nèi)部流體流動(dòng)之間的相互作用（可以是穩(wěn)定的或振蕩的）。

在進(jìn)行地層測(cè)試或井壁取心作業(yè)過程中，易發(fā)生壓差粘附。2、壓差卡鉆（泥餅粘附卡鉆）： 鉆井中井下鉆具靜止不動(dòng)時(shí)，鉆柱的一些部位在井下壓差作用下貼于井壁并與井壁泥餅粘合在一起而產(chǎn)生的卡鉆。也稱粘附卡鉆或泥餅卡鉆。鉆柱在鉆井液液柱壓力與地層壓力之差的作用下，緊貼在井壁上造成的卡鉆。

在COMSOL 中，在幾何與求解階段都要考慮誤差。 在幾何建模階段，根據(jù)實(shí)際情況，可以指定結(jié)構(gòu)修復(fù)的相對(duì)誤差或絕對(duì)誤差。 而在求解階段，一般需要指定的是相對(duì)誤差，即相對(duì)容差。 7. 數(shù)值穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指算法對(duì)于計(jì)算過程中的誤差（舍入誤差、截?cái)嗾`差等）不敏感。

文章來源： COMSOL仿真交流

在最好的情況下，未充分求解的梯度通過數(shù)值離散化方案（例如穩(wěn)定性或迎風(fēng)穩(wěn)定性）消散，這降低了精確度，也可能導(dǎo)致大范圍的振蕩甚至發(fā)散。在流體力學(xué)領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員可以預(yù)測(cè)哪里可能出現(xiàn)尖銳梯度，并在這些位置創(chuàng)建局部細(xì)化的網(wǎng)格，而不是細(xì)化所有網(wǎng)格。 計(jì)算成本 我們可以在任何位置創(chuàng)建非常密集的網(wǎng)格，但在大多數(shù)情況下，由此產(chǎn)生的計(jì)算成本非常大。