基于流固耦合的含水合物地层井壁稳定非稳态解析模型

来源：同济大学学报·自然科学版杂志2023年第7期北京时间：

作者：黄佳佳，蒋明镜，王华宁

单位：1.同济大学 土木工程学院，上海 200092;2.苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215009;3.同济大学 航空航天与力学学院，上海 200092

摘要：针对深海水合物地层钻井过程中的井壁稳定问题，考虑水合物分解、热传导、力场-渗流场全耦合作用，建立了过压和欠压钻井下渗流、温度、力场随时间和空间变化的非稳态解析模型。解析结果与相同条件下的数值结果吻合良好，且与力场-渗流半耦合解析结果进行了对比。基于解析模型对井壁稳定的关键参数如钻井液压力、水合物分解引起的地层弹性模量劣化程度等进行了分析，结果表明：①与半耦合分析结果相比，考虑体变对渗流的影响后，过（欠）压钻井时孔压减小（增大）、应力增大（减小），增量径向位移减小；②最危险位置在井壁处，过高或过低的钻井液压力均会导致井壁失稳，水合物分解引起的地层劣化将降低最安全钻井液压力；③水合物分解引起的地层刚度降低极易诱发井壁失稳。在通常条件下，过压钻井时分解域弹性模量降低50%即可导致井壁失稳。

关键词：井壁稳定,流固耦合,水合物,非稳态分析,解析解

基金资助：国家自然科学基金（12272274，51890911）；同济大学土木工程防灾国家重点实验室自主课题（SLDRCE19-A-06）；海南省重点研发计划（ZDYF2021SHFZ264）；中国工程科技发展战略海南研究院重大咨询研究（21-HN-ZD-02-5）