泥页岩井壁稳定性化学与力学耦合研究现状

本文摘要：（由ai生成）

井壁稳定是钻井技术难题，泥页岩水化作用是关键因素。M.E.Chenevert提出活度平衡理论，Mody研究离子传递和水化渗透压。国内外开发多种实验装置模拟泥页岩与钻井液作用。中国石油大学（华东）邱正松等人提出井壁失稳机理切入点，建立泥页岩水化与力学耦合模拟装置，形成“多元协同”稳定井壁理论，在多个油田应用取得良好效果。

井壁稳定最先是从力学角度出发进行研究的，随着研究进一步的深入，发现泥页岩水化作用也是井壁失稳的关键性因素之一。经过近一个世纪的研究，泥页岩井壁失稳仍然是钻井界的技术难题，成为钻井新技术发展的“瓶颈”，其主要原因之一就是以往研究多数从钻井液化学或岩石力学单方面开展研究，缺少井壁稳定化学与力学等多学科耦合研究。

泥页岩井壁稳定性化学与力学耦合的研究，可以追溯到1969年，M.E.Chenevert进行的泥页岩水化膨胀压实验研究，将水化应力（膨胀压）表示成泥页岩中水活度的函数；1970年他又研究了页岩吸水后力学性能的变化，在研究了无机盐溶液对泥页岩水化的影响之后，又进一步提出了活度平衡理论。此后这一领域的研究变得活跃起来，1989 年 C.H.Yew M.E.Chenevert发表了将化学与力学耦合进行定量分析的文章。

接着Mody提出泥页岩可以看作是非理想半透膜，泥页岩与水基钻井液作用时可选择性的阻缓离子的传递、并产生水化渗透压。设半透膜膜效率为0<λ<1，理想半透膜的膜效率λ=1，等效压力计算式为：

在实验手段上，为了尽可能的研究井底泥页岩与钻井液间的物理化学作用，国外一些研究单位依据相似原理，研制出井眼模拟装置（DSC）、BHC装置、MDR装置、CT扫描页岩实验装置等，进行泥页岩钻井液间化学/力学耦合模拟实验研究。

国内油气井工程领域，在泥页岩井壁稳定化学与力学耦合方面也取得了大量的成果。其中，石油大学黄荣樽采用C.H.Yew等人的方法，进行泥页岩力学性能参数同含水量之间关系的研究。中国石油大学（华东）邱正松研究指出，井壁（泥页岩）失稳机理研究的关键切入点有三个方面：即钻井液与井壁岩石间压力传递和滤液侵入问题；滤液侵入后，引发泥页岩地层的水化效应；井下液柱压力对井壁的有效力学支撑作用；并研制出泥页岩水化与力学耦合模拟装置(SHM)，在国内率先建立了压力传递（PT）、泥页岩膜效率、极低渗透率测定等实验方法。经过大量实验研究，提出了“物化封固井壁—加强抑制水化—有限活度平衡—合理密度有效应力支撑”的“多元协同”稳定井壁基本理论，在多个油田易坍塌泥页岩地层的应用效果较显著。