本文收集了国内外关于地层蠕变方面的大量文献资料,提出用有限元仿真模拟研究方法作为研究地层蠕变导致井眼缩径机理的主要研究方法。收集、整理了前人所做的大量岩石蠕变试验数据,为后续的有限元仿真模拟提供所需地层岩石力学参数数据。利用蠕变材料本构模型—Heard蠕变模型进行了试验数据回归分析,并对模型的适用条件进行了论证。 本文主要用高度非线性有限元理论,研究工作和成果体现在以下几个方面: (1)对影响盐岩蠕变的特性因素做了较为全面的归纳和总结。 (2)提出并推导证明了远场力学边界条件—远场水平地应力边界条件,在有限元模型—中心有圆孔方形体和空心圆柱体几何模型边界力学条件的转化关系。 (3)推导了一种控制盐层段井眼蠕变收缩的泥浆密度公式,该公式比前人得出的公式更精确。 (4)将Head蠕变本构方程,利用Fortran语言,编制成ADINA用户子程序,对ADINA进行二次开发,并入到ADINA主程序中,弥补了通用有限元软件中无对应蠕变模型材料的缺陷,该二次开发本构模型可以很方便地直接用于地层蠕变与套管损坏机理的研究和分析。 (5)采用Heard蠕变本构材料模型,建立了具有不同地层倾角非蠕变地层和蠕变地层的耦合有限元模型,求解了较复杂的三向地应力联合作用下井眼蠕变缩径变形问题。 (6)在大量模型计算求解的基础上,得到了地层倾角、最大主应力方向及最大水平主应力方向对倾斜蠕变地层段井眼缩径影响的一般规律。 (7)初步探讨了岩石力学特性参数弹性模量和泊松比对地层蠕变速率的影响。