Modified failure criteria for shales

Abstract

إن معظم الصخور الطينية (الطفل) والتي تحتوي على كميات معقولة من المعادن الطينية (مثل المونتمور إلينيت) سوف تمتص الراشح من طين الحفر (ماء أيونات) مما يؤدي إلى عدم الثباتية في البئر المحفورة عندما تتلامس مع الراشح من طين الحفر، فإن تلك الصخور الطينية سوف تنتفخ وينشأ نتيجة لذلك منطقة انتفاخ محيطة بالبئر المحفورة وبذلك فإن الخواص الميكانيكية أو قوة الصخر في منطقة الانتفاخ ستقل مما يتسبب في حدوث مشاكل جمة في ثباتية البئر المحفورة مثل انحشار أنبوب الحفر، وصعوبة سحب أنبوب الحفر، ومشاكل أخرى عديدة لذلك فإن الإجاهادات الانتفاخية يجب أن تؤخذ بعين الاعتبار عند أية محاولة جدية للتمثيل الرياضي والتنبؤ بالخواص الميكانيكية للصخور الطينية بعد التفاعل مع الراشح من طين الحفر ولقد تم في هذه الدراسة تضمين الإجهادات الانتفاخية في معادلة (مرهوكولمب) المشهورة لانهيارية الصخور ؛ وعليه فإن الشكل المطور لهذه المعادلة قد أخذ بعين الاعتبار الخواص الميكانيكية الطبيعية للصخور الطينية وكذلك الإجهادات الانتفاخية المتولدة وأصبح من الممكن التنبؤ بقوة الصخر وخصائصه الميكانيكية بعد التفاعل مع الراشح من طين الحفر تحت ظروف قاع البئر وتم التحقق من صحة تلك المعادلة المطورة معمليا

Most shale rocks which contain an appreciable fraction of reactive clays (e g montmorillonite) will adsorb mud filtrate (water ions) and cause unstable hole conditions When contacted with the mud filtrate these shales will swell creating a soft swollen zone around the wellbore therefore the natural mechanical properties or the strength of the swollen shales will decrease causing serious hole problems such as undergauge hole stuck pipe overpull on trips and several other problems Thus swelling stresses and rock strength reduction must be included in any attempt to effectively model shale mechanical properties after interaction with drilling fluid filtrate In this study shale swelling stresses were integrated into the prominent MohrCoulomb failure criterion and therefore a new form of this criterion has been introduced which combined the natural mechanical properties with swelling stresses to predict the insitu strength of shales when invaded by the drilling fluid filtrate The modified failure criterion was verified experimentally