Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Stability analyses for deviated wellbores in unconsolidated cross-anisotropic formations
Production of oil from shallow reservoirs typically involves drilling highly deviated wells through unconsolidated (or poorly lithified) rocks or clays. This paper describes numerical analyses of the deformations and stability of deviated wellbores within a K 0 -consolidated clay. The analyses consider planar deformations in the plane orthogonal to the wellbore using a quasi three-dimensional (3D) finite element model that represents coupled flow and deformations within the soil mass. Cross-anisotropic mechanical properties of the clay are described by a generalized effective stress model, MIT-E3, with parameters previously calibrated from laboratory thick-walled cylinder tests. The analyses compute the relationship between the drilling mud pressure and wellbore stability associated with either the onset of localized failure mechanisms or large plastic deformations around the cavity. The results show that short-term, undrained stability requires mud pressures in excess of the in situ formation pore pressures for more highly deviated wellbores at inclinations greater than 45°. The analyses examine the mechanisms for further destabilization, due to consolidation within the formation, and how they are affected by drainage conditions at the wellbore wall. The results provide qualitative information for the design and control of drilling operations for deviated wellbores in unconsolidated formations.
La production de pétrole dans les réservoirs peu profonds implique généralement le forage de puits très déviés à travers de roches ou argiles non consolidées (ou mal lithifiés). Cet article décrit les analyses numériques des déformations et la stabilité des puits de forage déviés dans une argile K 0 -consolidé. Les analyses considèrent les déformations planaires dans le plan orthogonal au puits à l’aide d’un modèle d’éléments finis quasi-tridimensionnel (3D) qui représente le flux couplé et les déformations dans la masse de sols. Les propriétés mécaniques anisotropes croisées de l’argile sont décrites par un modèle de contrainte effectif, généralisé, MIT-E3, avec les paramètres préalablement étalonnés à partir d’essais en laboratoire à l’aide d’un appareil triaxial à paroi épaisse. Les analyses calculent la relation entre la pression de boue de forage et la stabilité de puits de forage associée soit avec l’apparition de mécanismes de rupture localisée ou grandes déformations plastiques autour de la cavité. Les résultats montrent qu’à court terme, la stabilité non drainée nécessite une pression supérieure à la pression in situ de formation de puits de forage pour des puits de forage plus fortement déviés à des inclinaisons supérieures à 45°. Les analyses examinent les mécanismes de nouvelle déstabilisation, en raison de la consolidation au sein de la formation, et comment ils sont affectés par les conditions de drainage à la paroi de puits de forage. Les résultats fournissent des renseignements qualitatifs pour la conception et le contrôle des opérations de forage pour puits déviés dans les formations non consolidées. [Traduit par la Rédaction]
Stability analyses for deviated wellbores in unconsolidated cross-anisotropic formations
Production of oil from shallow reservoirs typically involves drilling highly deviated wells through unconsolidated (or poorly lithified) rocks or clays. This paper describes numerical analyses of the deformations and stability of deviated wellbores within a K 0 -consolidated clay. The analyses consider planar deformations in the plane orthogonal to the wellbore using a quasi three-dimensional (3D) finite element model that represents coupled flow and deformations within the soil mass. Cross-anisotropic mechanical properties of the clay are described by a generalized effective stress model, MIT-E3, with parameters previously calibrated from laboratory thick-walled cylinder tests. The analyses compute the relationship between the drilling mud pressure and wellbore stability associated with either the onset of localized failure mechanisms or large plastic deformations around the cavity. The results show that short-term, undrained stability requires mud pressures in excess of the in situ formation pore pressures for more highly deviated wellbores at inclinations greater than 45°. The analyses examine the mechanisms for further destabilization, due to consolidation within the formation, and how they are affected by drainage conditions at the wellbore wall. The results provide qualitative information for the design and control of drilling operations for deviated wellbores in unconsolidated formations.
La production de pétrole dans les réservoirs peu profonds implique généralement le forage de puits très déviés à travers de roches ou argiles non consolidées (ou mal lithifiés). Cet article décrit les analyses numériques des déformations et la stabilité des puits de forage déviés dans une argile K 0 -consolidé. Les analyses considèrent les déformations planaires dans le plan orthogonal au puits à l’aide d’un modèle d’éléments finis quasi-tridimensionnel (3D) qui représente le flux couplé et les déformations dans la masse de sols. Les propriétés mécaniques anisotropes croisées de l’argile sont décrites par un modèle de contrainte effectif, généralisé, MIT-E3, avec les paramètres préalablement étalonnés à partir d’essais en laboratoire à l’aide d’un appareil triaxial à paroi épaisse. Les analyses calculent la relation entre la pression de boue de forage et la stabilité de puits de forage associée soit avec l’apparition de mécanismes de rupture localisée ou grandes déformations plastiques autour de la cavité. Les résultats montrent qu’à court terme, la stabilité non drainée nécessite une pression supérieure à la pression in situ de formation de puits de forage pour des puits de forage plus fortement déviés à des inclinaisons supérieures à 45°. Les analyses examinent les mécanismes de nouvelle déstabilisation, en raison de la consolidation au sein de la formation, et comment ils sont affectés par les conditions de drainage à la paroi de puits de forage. Les résultats fournissent des renseignements qualitatifs pour la conception et le contrôle des opérations de forage pour puits déviés dans les formations non consolidées. [Traduit par la Rédaction]
Stability analyses for deviated wellbores in unconsolidated cross-anisotropic formations
Whittle, Andrew J (Autor:in) / Akl, Sherif A.Y
2016
Aufsatz (Zeitschrift)
Englisch
Rocks , constitutive model , Models , comportement de l’argile , Clay , numerical analysis , wellbore stability , Analysis , Plastic deformation , stabilité des puits de forage , Oil well drilling , Drilling , analyse couplée , analyse numérique , Mechanical properties , coupled analysis , Anisotropy , clay behavior , Numerical analysis , modèle constitutif
Stability analyses for deviated wellbores in unconsolidated cross-anisotropic formations
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