应力-渗流耦合分析在煤层井壁稳定性研究中的应用

"该研究属于行业研究，探讨了在多因素耦合条件下煤层井壁稳定性的分析模型，涉及煤岩力学与渗流特性的综合考虑。文章引用了国家科技重大专项和国家自然科学基金项目的支持，并在《煤炭科学技术》期刊上发表。作者团队通过建立应力-渗流耦合模型，分析了煤层井壁稳定性，强调了泥浆密度、井壁封堵状况以及煤岩非均质性对井壁稳定性的影响。" 在当前的煤炭开采过程中，煤层井壁稳定性是确保安全生产的关键因素。传统的井壁稳定性分析模型主要有三种：断裂力学方法、非连续介质力学方法和连续介质力学方法。断裂力学方法关注裂缝扩展引起的稳定性问题，非连续介质力学方法依赖于煤层的割理和裂缝状态，而连续介质力学方法则考虑煤岩的整体变形和破坏。 本文的研究创新之处在于采用了塑性损伤理论，构建了一个基于应力-渗流耦合的分析模型。这种模型能够更精确地模拟煤岩在受力、变形、损伤和钻井液滤液侵入等多因素下的行为。在模型中，考虑了煤岩的低强度、高脆性和易受钻井液滤液侵入的特点，以及井周地层孔隙压力和应力状态的相互影响。 通过平衡方程、几何方程、本构方程和渗流方程等基本物理定律，研究人员能够定量分析煤层井壁的力学响应和流体流动之间的相互作用。例如，当钻井液封堵性能不佳时，滤液会侵入井周地层，改变孔隙压力，进一步影响井壁的应力状态，可能导致煤岩的体积变形和孔隙压力的变化。 研究结果显示，在井壁封堵良好的情况下，增加泥浆密度有助于稳定井壁，防止坍塌失稳。相反，较低的泥浆密度可能导致煤层井壁的恶化。此外，模型还揭示了煤岩非均质性对井壁稳定性的影响，这提示在实际操作中，必须充分考虑地质条件的复杂性，优化钻井液配方和井壁防护措施，以确保井壁的长期稳定。 这项工作提供了更全面的煤层井壁稳定性评估工具，对于指导煤炭开采的安全实践和制定有效的防塌措施具有重要意义。未来的研究可能进一步扩展到考虑其他环境因素和地质条件，以优化模型的适用性和预测精度。