页岩气开发条件下泥页岩井壁稳定与破裂机理研究

页岩气开发需要水平井钻井和多段压裂技术，施工中泥页岩井壁稳定与选择性压裂是目前的难点。本项目以四川盆地古生界海相页岩气钻井中泥页岩为研究对象，首先运用相关力学理论进一步完善线性和非线性力学理论分析；选用干岩样进行三轴压缩试验，研究泥页岩力学特性的变化规律及裂隙的损伤演化机理；选用不同含水量岩样三轴试验，研究力学特性与含水率关系及裂隙损伤演化机理，建立泥页岩三维弹塑性损伤本构关系和损伤演化方程；选用含水岩样进行不同围压的渗透性试验，揭示泥页岩水化变形机理及其破坏动态变化规律。进一步通过多学科交叉综合研究，建立泥页岩水化弹塑性损伤-破裂本构关系、渗流-应力-化学-损伤完全耦合模型、损伤演化方程、渗透性演化方程以及破裂准则，探索有效控制泥页岩地层稳定与压裂的对策。此课题的研究对指导页岩气开发中泥页岩地层钻井和钻井液的设计，实现优质、安全、高效和低成本钻井和压裂增产具有重要的基础理论价值。

泥页岩井壁稳定与选择性压裂是页岩气开发中的关键技术，此次研究以四川盆地古生界海相页岩气钻井中泥页岩为研究对象，利用野外露头和钻井岩心制作了泥页岩试样，进行了干岩样和含水岩样三轴试验，全应力-应变渗透性试验，揭示了泥页岩力学特性的变化规律。进一步通过多学科交叉综合研究，建立泥页岩水化弹塑性损伤-破裂本构关系、渗流-应力-化学-损伤完全耦合模型、损伤演化方程、渗透性演化方程以及破裂准则，编制了数值计算程序，完成对泥页岩钻井过程的数值模拟分析，揭示了泥页岩井壁围岩破坏规律。结合研究成果开发了3个拥有软件著作权，可应用于现场分析的泥页岩多物理场耦合分析软件和地层坍塌和破裂压力分析软件。此次研究对指导页岩气开发中泥页岩地层钻井和钻井液的设计，实现优质、安全、高效和低成本钻井和压裂增产具有重要的基础理论价值。