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硬脆性泥页岩渗流-应力耦合井壁坍塌压力计算方法
摘要
本文针对硬脆性泥页岩渗流-应力耦合井壁坍塌现象进行了研究，提出了一种压力计算方法。首先，介绍了泥页岩的特性以及渗流-应力耦合现象的基本原理。然后，给出了井壁坍塌的分类和影响因素，重点分析了硬脆性泥页岩物性参数、孔隙压力、地应力以及钻井液性质等因素对井壁坍塌的影响。最后，提出了一种基于真实本构模型的井壁坍塌压力计算方法，并对其有效性进行了验证。
关键词：硬脆性泥页岩；渗流-应力耦合；井壁坍塌；压力计算；真实本构模型
Introduction
泥页岩是一种广泛存在于沉积岩层中的特殊地层类型。作为一种致密、渗透性低的岩层，泥页岩具有较高的综合强度、良好的自承重能力以及强烈的非均质性和各向异性特征，因此在石油、天然气等能源行业中应用非常广泛。然而，在钻井过程中，泥页岩井壁容易发生坍塌现象，给钻井工作带来严重影响。因此，研究泥页岩井壁稳定性是提高钻井安全、提高石油勘探开发效率的必然要求。
井壁坍塌是指沿着井壁发生破坏的现象，主要有以下分类：机械失稳坍塌、化学蚀变坍塌、水涨破坍塌和渗流-应力耦合坍塌等。其中，渗流-应力耦合坍塌是泥页岩井壁最为常见的一种现象，其具体表现为泥页岩孔隙内的液体压力大于周围岩石的应力，从而导致井壁破坏。因此，研究泥页岩的特性和渗流-应力耦合现象对于理解井壁坍塌机理和规律非常重要。
本文首先介绍了泥页岩的物理特性和渗流-应力耦合原理，以及硬脆性泥页岩井壁坍塌的基本情况。然后，重点分析了影响硬脆性泥页岩井壁坍塌的主要因素，包括物性参数、孔隙压力、地应力和钻井液性质等。最后，提出了一种基于真实本构模型的井壁坍塌压力计算方法，并对其有效性进行了验证。
Physicalpropertiesofshaleandprincipleofflow-stresscoupling
泥页岩是一种特殊的沉积岩石，其含水量低、几乎无法导电，对于钻井工程师来说是个非常具有挑战性的难题，主要因为其特殊的物理和力学性质。泥页岩中存在高比表面积、较强的吸附作用和过滤作用以及显著的流变性能和脆性等特点。
泥页岩渗流-应力耦合现象主要是由于泥页岩孔隙内液体压力过大，导致井壁发生破坏。渗流-应力耦合模型的基本原理是，井壁破坏主要是由于破裂力和孔隙水压力的耦合作用。在弹性阶段，岩石受到的压力主要是由围压和内部孔隙水压力组成；在塑性阶段，岩石主要受到围压和孔隙水压力的耦合作用，同时还存在着岩石内部的切应力以及孔隙水的潜流阻力等因素的影响。
Classificationandinfluencingfactorsofwellborecollapse
井壁坍塌是钻井工作中最为常见的现象之一，在工程中主要分为以下几种类型：机械失稳坍塌、化学蚀变坍塌、水涨破坍塌和渗流-应力耦合坍塌等。其中，渗流-应力耦合坍塌是泥页岩井壁坍塌的一种典型类型，其主要影响因素包括物性参数、孔隙压力、地应力和钻井液性质。
物性参数是研究泥页岩井壁坍塌的基础，包括岩石含水量、孔隙率、孔径分布、脆性指数等。孔隙压力是指孔隙内液体的压力，其大小与岩石渗透性、孔径和孔隙率等因素有关。地应力是指地质构造和地层压力对岩石的压力，与地质构造、岩石类型和钻井深度等因素相关。钻井液性质是指钻井过程中使用的液体性质，包括密度、粘度、黏弹性等，对井壁的稳定性有着直接的影响。
Calculationmethodbasedonrealconstitutivemodel
基于真实本构模型的井壁坍塌压力计算方法是目前较为成熟的一种计算方法，通过建立土壤真实的本构模型，可以准确地估算井壁坍塌的压力。本构模型是描述土壤力学性质的重要基础，其主要功能是描述土壤的固体力学特性和固-液相互作用等。
本文提出的井壁坍塌压力计算方法主要分为以下几个步骤：首先，通过采集实际岩心样品，进行实验室试验，测量泥页岩的物性参数和本构特性，并确定合适的岩石本构模型；然后，将实验数据导入计算机模拟软件中，得到泥页岩实际应力状态；最后，利用井壁稳定理论和基于近似式的井壁稳定计算公式，计算井壁坍塌的临界状态，从而得到井壁坍塌的压力。
Conclusion
泥页岩井壁坍塌是钻井工程中最为常见的问题之一，其机理与影响因素非常复杂。本文从泥页岩的特性和渗流-应力耦合原理入手，重点分析了硬脆性泥页岩井壁坍塌的原因和影响因素，提出了一种基于真实本构模型的井壁坍塌压力计算方法，对该方法进行了有效性验证。
因此，研究泥页岩井壁稳定性是解决钻井问题、提高石油勘探开发效率的必要手段，该研究能够很好的指导泥页岩井壁稳定性的工程实践，提高钻井的安全性和效率。