页岩钻孔过程中的流固热化学耦合模型

页岩具有复杂的物理化学特性，在页岩中钻井将导致页岩和钻井液之间产生复杂的物理化学耦合作用(如：液体、离子、热等的传输扩散、热渗作用、电渗作用、化学渗滤作用、离子交换、膨胀压力的产生等)，这将深刻地改变井壁围岩的孔隙压力和应力的分布，从而影响井壁稳定性。该文将在有关文献的基础上，针对具有化学活性的页岩，首先提出一组瞬态的流、固、热、化学四场耦合方程组(包括固体变形、能量传输、流体流动、溶质离子扩散等四个相互耦合过程)试图来考虑它们之间复杂的物理化学耦合关系；然后以COMSOL(基于偏微分方程组的多物理过程模拟工具)作为平台，着重分析钻井过程中的流固热化学耦合作用过程，讨论井壁温度发生突然降低、钻井液与岩层液体之间存在离子浓度差的条件下，井壁附近围岩的孔隙水压力、应力、温度、溶质离子浓度的变化过程，为井壁稳定分析提出更为准确的应力分布。计算结果反映了热-化学耦合作用对井壁围岩应力有重要影响。