《储层地质力学》热效应对井眼应力的影响

讲座聚焦钻井工程中温度变化对井筒应力的热弹性效应分析。核心内容涵盖：热膨胀系数（α）对岩石（尤其高硅含量岩石）热传导性的影响；冷却钻井液与地层温差（ΔT）引发的瞬态至稳态热扩散过程；温度应力分量（Δσₜₕ）对井周关键应力（如环向应力σₜₜ）的修正机制，并通过彩色应力分布图直观展示25°C温差下井筒破坏区的缩小效应。讲座重点剖析了“冷却增稳”理论的可行性——虽理论上可通过降低钻井液温度抑制井壁破坏（类比提高钻井液密度），但因深层恒温维持难度大、成本过高且可能引发地层损伤，最终判定该方案工程实用性不足。

关键要点解析：

1. 热力学机制：

• 岩石热膨胀系数（α）主导热传导，硅质岩敏感性显著；

• 温度扩散具时间依赖性，稳态分析为简化基础（Δσₜₜ ∝ αEΔT/(1-ν)）。

2. 工程影响：

• 冷却液（ΔT<0）产生压缩环向应力，减小井周破坏区（图示对比验证）；

• 径向热应力（Δσᵣᵣ）在井壁处为零，不影响破坏起始位置。

3. 可行性矛盾：

• 理论优势：冷却可替代高密度钻井液，减少地层损伤（固相侵入导致渗透率下降）；

• 实践限制：深井恒温技术难度大、成本远超效益，工程暂不可行。

  注：文档中应力符号对应关系——环向应力：σₜₜ (σ_θθ)；径向应力：σᵣᵣ (σ_rr)；温度应力分量：Δσₜₕ。