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《西安石油大学》 2011年
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基于损伤力学理论的泥页岩井壁稳定性研究

折海成  
【摘要】:钻井中的泥页岩井壁稳定性问题是影响钻井技术发展的重大问题之一,由于水进入泥页岩地层,劣化了泥页岩力学性质参数,减弱了井壁围岩的支撑能力,因此加剧了井壁失稳问题。本论文基于损伤力学理论研究了泥页岩地层遇水产生的井壁损伤失稳机理及演化规律,并确定了井壁损伤失稳周期。 本论文所做主要工作如下: (1)通过分析了泥页岩所含粘土矿物的组分、结构特点和电化学性质,建立了泥页岩井壁失稳模型,分析了井壁水化损伤机理;结合损伤力学理论确定了复杂应力状态下的损伤变量、损伤本构模型和损伤演化方程; (2)通过泥页岩试验研究,建立了水化扩散模型,分析了岩石力学参数随着含水率和时间的劣化规律;结合岩石强度和变形理论,推导了泥页岩遇水后损伤变量函数,得出了岩石力学参数随着损伤变量的演化规律,并确定了泥页岩的损伤极限值; (3)通过静力学、几何学、物理学三方面建立了考虑损伤的井壁围岩应力分布的平衡方程;结合线弹性力学理论推导了直井、定向井井壁应力分布,并根据能量等效原理推导了泥页岩水化应力,结合二者建立了泥页岩井壁围岩总应力场; (4)通过考虑损伤变量,建立了泥页岩剪切和拉伸损伤破坏准则,以及井壁坍塌、破裂压力计算模型;通过实例分析了泥页岩井壁的水化损伤坍塌破坏周期,形成了一套预测井壁损伤失稳的理论方法。
【学位授予单位】:西安石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TE21

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