基于水化损伤的硬脆性泥页岩应力分布研究

摘要

引入了考虑水化作用的弹性模量损伤张量,基于硬脆性泥页岩考虑水化损伤作用时井眼周围的应力-应变本构关系,结合数值或解析方法求解了非均匀应力条件下硬脆性泥岩的井周应力分布规律.以渤中某油田X井为例进行井周水化应力分布及坍塌压力分析.计算发现:钻开100 h后,水化损伤造成的地层刚度下降明显,井壁失稳首先发生在井壁内部,在最小地应力方位坍塌风险更大;水化膨胀性能对应力分布影响程度有限,仅在井壁附近对切向应力有微弱影响;硬脆性泥页岩的坍塌主要与水化损伤导致的岩石刚度性能下降和岩石强度参数劣化有关;该井段坍塌周期较短,井径扩大率最大为6.5％,现场使用钻井液密度偏小,建议加强钻井液封堵性的前提下适当提高钻井液密度.该模型一定程度上揭示了硬脆性泥页岩的水化坍塌机理,为类似地层安全高效钻进提供了理论依据.