[发明专利]一种水化页岩地层井壁坍塌失稳预测方法

权利要求书

1.一种水化页岩地层井壁坍塌失稳预测方法，包括如下步骤：

步骤(1)、获得至少4个围压条件下，至少4个层理-轴向夹角β干燥页岩试样的三轴剪切破坏强度；

步骤(2)、根据步骤(1)得到的三轴剪切破坏强度，通过Jaeger各向异性岩石剪切强度准则反算得出干燥页岩试样强度准则材料参数S₁和S₂，页岩本体破坏内摩擦角

步骤(3)、根据饱和水化页岩层理面法向断面的显微观测图片，测试得到页岩层理间隔厚度l₀；

步骤(4)、根据沿单一粘土矿物层破坏的干燥页岩直接剪切试验和沿单一粘土矿物层破坏的饱和水化页岩直接剪切试验结果，获得页岩单一饱和水化粘土矿物层强度等效水化弱化应力σ_s，其计算公式如下：

σ_s＝σ_dz-σ_sz

式中：σ_s为页岩单一饱和水化粘土矿物层强度等效水化弱化应力，MPa；σ_dz为沿单一饱和水化粘土矿物层破坏的干燥页岩直接剪切试验强度，MPa；σ_sz为沿单一饱和水化粘土矿物层破坏的饱和水化页岩直接剪切试验强度，MPa；

步骤(5)、根据页岩试样直径d、页岩层理间隔厚度l₀、均匀介质强度最小的剪切面与轴向的夹角α、页岩试样层理-轴向夹角β、页岩单一饱和水化粘土矿物层强度等效水化弱化应力σ_s，计算得到层理-轴向夹角为β的饱和水化页岩试样剪切破坏面强度等效饱和水化弱化应力σ_sβ，其计算公式如下：

式中：σ_sβ为层理-轴向夹角为β的饱和水化页岩试样剪切破坏面强度等效饱和水化弱化应力，单位为MPa；β为页岩试样层理-轴向夹角，单位为°；α为均匀介质强度最小的剪切面与轴向的夹角，单位为°，实际值在30°附近变化；m为页岩试样水化粘土矿物层穿过破坏面的数量，无量纲；d为页岩试样直径，单位为mm；l₀为页岩层理间隔厚度，单位为mm；

步骤(6)、根据页岩粉末真空饱和吸水试验，得到饱和水化页岩含水率ω_sh；

步骤(7)、根据测井曲线或者岩样分析得到的井壁地层非饱和水化页岩含水率ω_w，结合由步骤(1)至步骤(6)完成参数确定的水化页岩剪切破坏强度准则与井周应力分布模型，计算得到水化页岩地层坍塌失稳的井底压力条件，所述水化页岩剪切破坏强度准则表达式如下：

式中：σ₁为最大主应力，单位为MPa；σ₃为最小主应力，单位为MPa；为页岩本体破坏内摩擦角，单位为°；S₁和S₂为材料参数，单位为MPa；ω_w为根据测井曲线或者岩样分析得到的井壁地层非饱和水化页岩含水率，单位为％；ω_sh为饱和水化页岩含水率，单位为％。