泥頁巖井壁穩(wěn)定性力學(xué)化學(xué)耦合模型研究.pdf

1、泥頁巖井壁失穩(wěn)問題一直是鉆井工程中一個復(fù)雜且?guī)в惺澜缧缘碾y題，針對這一問題的研究工作從20世紀(jì)40年代起就開始進(jìn)行，至20世紀(jì)90年代，進(jìn)入了泥頁巖井壁穩(wěn)定的多場耦合研究階段，出現(xiàn)了很多不同的理論模型。這些模型不同程度的促進(jìn)了井壁穩(wěn)定的發(fā)展，但是，由于泥頁巖多場耦合的復(fù)雜性，模型中的很多參數(shù)很難進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測定，嚴(yán)重影響了模型計算的準(zhǔn)確性和模型的實(shí)用性。如國內(nèi)外文獻(xiàn)在對力學(xué)一化學(xué)耦合研究中的關(guān)鍵參數(shù)一膜效率的測量過程就存在一定問題：膜效率

2、計算要求實(shí)驗(yàn)測量化學(xué)勢作用下巖芯兩端產(chǎn)生的最大壓差，然而實(shí)驗(yàn)過程中測量得到巖芯兩端最大壓差實(shí)際上是力學(xué)一化學(xué)耦合流動產(chǎn)生的最大壓差，不是單純化學(xué)勢作用產(chǎn)生的最大壓差，所以這種計算膜效率的方法是不正確的。 因此，進(jìn)行力學(xué)-化學(xué)耦合基礎(chǔ)理論研究，建立正確的膜效率計算方法，建立合理的力學(xué)-化學(xué)耦合井壁穩(wěn)定計算模型，使模型參數(shù)可測量化，增加模型的實(shí)用性，仍然是一項(xiàng)復(fù)雜，艱巨且具有重大研究意義的課題。 本論文的研究內(nèi)容及相應(yīng)的結(jié)論

3、如下： 1、深化了多場耦合理論研究。本文建立了新的力學(xué)-化學(xué)耦合井壁穩(wěn)定計算模型，并給出了模型中參數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測定方法，實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)可測量化，增強(qiáng)了模型的實(shí)用性。 2、分析并指出了目前國內(nèi)外文獻(xiàn)中膜效率計算方法存在的問題，建立了新的膜效率計算方法。應(yīng)用新的膜效率計算方法和本文建立的孔隙壓力計算模型對7塊不同巖芯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示：數(shù)值計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合程度較好。 3、實(shí)驗(yàn)研究了泥頁巖強(qiáng)度隨含水量的變

4、化規(guī)律，并建立了孔隙壓力一含水量-抗剪強(qiáng)度三者的關(guān)系，進(jìn)而計算了強(qiáng)度參數(shù)隨時間的變化關(guān)系。得到規(guī)律：內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角隨著含水量的增加而減小，強(qiáng)度參數(shù)的變化對井壁穩(wěn)定的影響是巨大的，甚至是決定性的。 4、研制了泥頁巖力學(xué)-化學(xué)耦合壓力傳遞實(shí)驗(yàn)儀，并進(jìn)行了壓力傳遞模擬實(shí)驗(yàn)。該套設(shè)備在功能、穩(wěn)定性和精度方面都達(dá)到了目前國際先進(jìn)水平。 5、開發(fā)了泥頁巖力學(xué)-化學(xué)耦合坍塌壓力數(shù)值模擬軟件，并進(jìn)行了敏感因素的規(guī)律性分析，結(jié)果表明，鉆