Phân tích trạng thái ứng suất xung quanh giếng khoan trong môi trường đá nóng - đàn hồi - bão hòa

Tóm tắt

Trong các ngành công nghiệp khai thác dầu khí hoặc năng lượng địa nhiệt, các giếng khoan có thể được thi công ở độ sâu lớn nơi mà tầng đá có nhiệt độ cao và có thể ở trạng thái bão hòa. Trong trường hợp đó, có thể có sự khác biệt lớn về nhiệt độ giữa khối đá và dung dịch khoan và nó không thể được bỏ qua. Quá trình khoan giếng xung quanh giếng xảy ra các hiện tượng cơ học, thủy lực và nhiệt học một cách đồng thời và tương tác với nhau. Nghiên cứu này trình bày phân tích trạng thái ứng suất xung quanh giếng khoan nằm trong đá nóng-đàn hồi-bão hòa dựa trên mô hình ứng xử kết hợp nhiệt-thủy-cơ học của khối đá theo phương pháp phần tử hữu hạn. Hai kịch bản liên quan đến điều kiện nhiệt ở thành giếng được tính đến là nhiệt độ dung dịch khoan thấp hơn hoặc cao hơn nhiệt độ của khối đá tương ứng với các trường hợp “làm mát” và “làm nóng” giếng. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của một số tham số về nhiệt học, thủy lực và trường ứng suất nguyên sinh của khối đá đến trạng thái ứng suất xung quanh giếng cũng được làm rõ. Các kết quả thu được chỉ ra rằng, đối với trường hợp “làm mát”, vách giếng có thể bị mất ổn định theo dạng nứt gãy còn ở trường hợp “làm nóng”, vách giếng có thể bị mất ổn định theo kiểu sụp đổ. Các điểm cực đại của ứng suất tiếp tuyến và dọc trục xuất hiện tại những vị trí giống nhau cho cả hai kịch bản trên. Thêm vào đó, hệ số giãn nở nhiệt, ứng suất cắt nguyên sinh trong khối đá ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái ứng suất xung quanh giếng trong khi độ thấm của môi trường không ảnh hưởng đến ứng suất trên vách giếng mà chỉ ảnh hưởng đến ứng suất bên trong khối đá