本书系统阐述复杂地层定向井、水平井井壁失稳的主要原因和基本形式，以“复杂各向异性地层水平钻井”为主线，突出“各向异性”、“多场耦合”和“水平井”三个特色，重点介绍复杂地层定向井、水平井井周围岩流-固耦合、流-固-化耦合、热-流-固-化耦合等多场耦合理论模型及井壁稳定分析方法，探索动载荷作用下井壁稳定规律、地质和岩性不确定条件下的井壁失稳风险，阐述复杂地层井壁稳定性预测理论与方法的最新研究进展。书中理论模型推导较为详尽，有关理论模型求解、案例等资料亦有翔实介绍。

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2020年四川省科技进步二等奖； 2019年中国石油和化工自动化行业科技进步一等奖； 2019年湖北省科技进步二等奖

目录
第1章 绪论 1
1.1 复杂油气藏钻井井壁失稳问题 1
1.1.1 页岩气藏 1
1.1.2 致密气藏 2
1.1.3 致密油/页岩油藏 3
1.1.4 深层油气藏 4
1.2 井壁失稳的主要原因与基本形式 5
1.2.1 井壁失稳的主要原因 5
1.2.2 井壁失稳的基本形式 6
1.3 井壁稳定研究现状及发展趋势 8
1.3.1 井壁稳定弹性力学 8
1.3.2 井壁稳定各向异性力学 9
1.3.3 井壁稳定流-固耦合理论 11
1.3.4 井壁稳定流-固-化耦合理论 12
1.3.5 井壁稳定热-流-固-化多场耦合理论 14
第2章 定向井、水平井井壁稳定力学分析 17
2.1 斜井井周应力分布模型 17
2.1.1 坐标转换关系 17
2.1.2 井周应力分布 18
2.1.3 井壁应力分布 20
2.1.4 井壁主应力状态 21
2.2 强度各向同性地层井壁稳定分析 22
2.2.1 井壁失稳判别准则 23
2.2.2 允许崩落模型的求解 29
2.2.3 井壁稳定算例分析 32
2.2.4 现场案例分析 37
2.3 强度各向异性地层井壁稳定分析 40
2.3.1 各向异性岩石强度特征与理论 40
2.3.2 含弱面地层井壁稳定模型求解 48
2.3.3 井壁稳定算例分析 50
2.3.4 现场案例分析 52
第3章 各向异性地层井壁稳定力学分析 55
3.1 地层各向异性特征分析 55
3.1.1 页岩三轴压缩试验 55
3.1.2 弹性各向异性及其表征 64
3.1.3 强度各向异性及其表征 67
3.2 井壁稳定各向异性力学模型 70
3.2.1 坐标转换关系 70
3.2.2 控制方程组 74
3.2.3 应力分布求解 76
3.2.4 井周有效应力 81
3.2.5 失稳判别准则 82
3.3 井壁稳定算例分析 83
3.3.1 弹性各向异性算例 83
3.3.2 各向异性地层算例 86
3.3.3 现场案例分析 88
第4章 各向异性地层井壁稳定流-固耦合理论 92
4.1 各向异性地层流-固耦合数学模型 92
4.1.1 坐标转换 92
4.1.2 本构方程 95
4.1.3 输运方程 96
4.1.4 控制方程 96
4.2 各向异性地层流-固耦合有限元建模 97
4.2.1 广义平面应变有限元求解 97
4.2.2 广义平面应变有限元模型 98
4.2.3 有限元模型验证 99
4.2.4 井壁稳定准则与指标 100
4.3 各向异性地层井壁稳定模拟结果分析 101
4.3.1 弹性参数各向异性的影响 102
4.3.2 渗透率各向异性的影响 106
4.3.3 层理倾角的影响 109
4.3.4 井斜角的影响 112
4.3.5 弹性、强度、渗透率各向异性影响的对比 113
第5章 泥页岩地层井壁稳定流-固-化耦合理论 115
5.1 泥页岩地层井周压力传递模型 115
5.1.1 渗透和扩散特征描述 116
5.1.2 井周压力传递模型建立 120
5.1.3 井周压力传递模型求解 123
5.1.4 页岩压力传递物模实验 126
5.1.5 模型耦合系数反演方法 130
5.1.6 井周压力传递规律分析 136
5.2 井壁稳定流-固-化耦合评价方法 139
5.2.1 井周围岩应力分布模型 139
5.2.2 页岩井壁稳定性判别准则 142
5.2.3 井壁稳定流-固-化耦合模型求解方法 145
5.3 页岩井壁稳定实例分析 146
5.3.1 井周孔隙压力分布特征 147
5.3.2 井周地层失稳区域预测 148
5.3.3 实际坍塌压力与失稳区域 154
第6章 泥页岩地层井壁稳定热-流-固-化多场耦合理论 159
6.1 井周围岩热-流-固-化多场耦合模型与求解 159
6.1.1 本构方程 159
6.1.2 输运方程 162
6.1.3 控制方程 163
6.1.4 多场耦合控制方程有限元格式 164
6.1.5 多场耦合有限元模型的求解 170
6.1.6 多场耦合有限元模型的验证 172
6.2 热-流-固-化耦合下井壁稳定判别准则 174
6.2.1 岩石强度弱化规律 174
6.2.2 井壁稳定判别准则 175
6.2.3 归一化屈服区面积 176
6.3 深层页岩井周围岩多场耦合与稳定性规律 177
6.3.1 不同耦合模式下多物理场演化规律 178
6.3.2 井周地层含水率与强度分布规律 183
6.3.3 深层页岩井周失稳模式与演化规律 185
6.3.4 不同耦合模式下井壁失稳演化规律 187
6.3.5 深层页岩井壁稳定参数敏感性分析 188
6.3.6 深层页岩井壁稳定参数敏感性排序 195
6.4 多场耦合下深层页岩井壁稳定分析实例 196
6.4.1 实例井1 196
6.4.2 实例井2 198
第7章 动载荷对井壁稳定的影响规律研究 201
7.1 岩石弹塑性损伤本构关系 201
7.2 钻柱碰撞与压力波动对井壁稳定的影响 202
7.2.1 井壁稳定有限元模型 203
7.2.2 动载荷作用下井壁稳定演化规律 205
7.2.3 不同动载荷对井壁稳定的影响 207
7.2.4 钻柱碰撞对井壁稳定的影响规律 210
7.2.5 压力波动对井壁稳定的影响规律 214
7.3 钻具动力刮擦对井壁稳定的影响 219
7.3.1 井壁稳定有限元模型 220
7.3.2 规则圆形井眼稳定性模拟结果分析 223
7.3.3 不规则井眼稳定性模拟结果分析 225
第8章 基于可靠度理论的井壁稳定评价方法 230
8.1 井壁稳定可靠度评价方法 230
8.1.1 井壁稳定可靠度评价理论 230
8.1.2 井壁应力分布模型 231
8.1.3 井壁坍塌压力模型 232
8.1.4 井壁破裂压力模型 234
8.1.5 蒙特卡罗随机模拟方法 234
8.2 井壁稳定可靠度算例分析 235
8.2.1 输入参数不确定性分析 236
8.2.2 随机模拟取样次数的确定 237
8.2.3 确定条件下井壁稳定分析 238
8.2.4 不确定条件下井壁失稳风险 239
8.2.5 崩落宽度对坍塌失稳风险的影响 240
8.3 井壁稳定参数敏感性分析 242
8.3.1 参数均值敏感性分析 242
8.3.2 参数变异系数敏感性分析 245
8.4 含置信度的坍塌和破裂压力剖面 246
8.4.1 含置信度的井壁稳定分析步骤 246
8.4.2 含置信度的坍塌和破裂压力剖面算例 248
参考文献 252
编后记 263