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龙图腾网获悉中国石油大学(华东)申请的专利海洋水合物钻探钻井液用固壁剂与温压场协同稳定井壁方法及应用获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119598911B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-11发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510128557.1，技术领域涉及：G06F30/28；该发明授权海洋水合物钻探钻井液用固壁剂与温压场协同稳定井壁方法及应用是由赵珂;王金堂;蔡文晖;张泰丰;廖波;孙金声;吕开河;白英睿;刘敬平;黎剑;黄贤斌;孙小辉;张剑波;李美春;金家锋设计研发完成，并于2025-02-05向国家知识产权局提交的专利申请。

本海洋水合物钻探钻井液用固壁剂与温压场协同稳定井壁方法及应用在说明书摘要公布了：本发明涉及海洋水合物钻探钻井液用固壁剂与温压场协同稳定井壁方法及应用，属于天然气水合物开发技术领域，考虑水合物相变、地层蠕变及钻井液与水合物储层的相互作用带来的储层力学参数变化，将泥饼嵌入非稳态传质传热模型之中，构建海域天然气水合物钻井流‑固‑热‑化多场耦合模型，动态调整钻井液固壁剂加量及钻井液温度压力等参数，根据改进水合物储层莫尔库伦准则实时判断井壁稳定状态，并通过动态调整钻井液参数（固壁剂浓度、钻井液温度或压力）快速降低井壁失稳风险，实现海域水合物储层钻井井壁稳定。

本发明授权海洋水合物钻探钻井液用固壁剂与温压场协同稳定井壁方法及应用在权利要求书中公布了：1.一种海洋水合物钻探钻井液用固壁剂与温压场协同稳定井壁方法，其特征在于，包含以下步骤： 步骤S1、获取当前钻井参数及天然气水合物储层物性数据，通过井筒-水合物储层非稳态传热模型、水合物储层多相渗流模型及水合物本征分解动力学模型建立井筒-水合物储层非稳态传质传热模型； 步骤S2、考虑水合物相变、地层蠕变及钻井液与水合物储层的相互作用带来的储层力学参数变化，将泥饼嵌入非稳态传质传热模型之中，构建海域天然气水合物钻井流-固-热-化多场耦合模型； 考虑不断变化的水合物储层力学性质，采用弹塑性本构方程描述应力与应变之间的关系，其增量形式如下： dσij＝Dijkldεkl11 式中，dσij为有效应力增量矩阵；Dijkl为水合物地层的弹塑性矩阵张量；dεkl为储层骨架应变增量矩阵； 静力平衡方程用有效应力的张量形式表述为： σij,j-αBδijp,j+Fi＝012 式中，σij为储层骨架应力张量，σij,j表示应力张量在j方向上的散度，αB为Biot系数；δij为Kronecker函数；Fi为体力载荷，p为流体压力； 位移量与应变之间的关系用张量形式可表述为： 式中，εij为储层骨架应变张量，w为应变位移，wi,j为应变位移沿着坐标i方向的变化率，wj,i为应变位移沿着坐标j方向的变化率； 依据以下公式计算回归得到地层内摩擦角与水合物饱和度之间的关系： 式中，为水合物储层的内摩擦角，Sh为水合物的饱和度； 依据以下公式计算回归得到地层内聚力与水合物饱和度之间的关系： 式中，CSh为内聚力，C0为Sh＝0时的内聚力，α,β均为表征地层内聚力的经验系数； 依据以下公式计算回归得到地层弹性模量与水合物饱和度之间的关系： lgESh＝lgE0+1.1983Sh16 式中，ESh为水合物储层的弹性模量，E0为Sh＝0时的弹性模量； 依据以下公式计算泥饼的动态渗透率： 式中，λ为孔渗衰减指数，Kmc0为泥饼最小渗透率，Kf为地层渗透率，t为时间； 依据以下公式计算泥饼的动态孔隙度： 式中，φmc0为泥饼最小孔隙度，φf为地层孔隙度； 依据以下公式计算泥饼的动态力学强度变化： 式中，σmc0为泥饼初始力学强度；m、n为渗透率与孔隙度对泥饼力学强度的贡献常数； 通过将内摩擦角、内聚力和弹性模量以及泥饼的孔隙度、渗透率和动态力学强度变化引入到井筒-水合物储层非稳态传质传热模型中，利用多物理场耦合软件COMSOL建立热场、流场和力场之间的全耦合关系； 步骤S3，设计海域水合物钻井液体系，在钻井液中添加不同加量的固壁剂，分析泥饼孔隙度、渗透率、力学强度的动态演化规律，阐明钻井液固壁剂对储层力学性能的影响机制； 获取现有常规海域水合物钻井液用固壁剂，通过添加润滑剂、抑制剂、增黏包被剂、增黏剂、玻璃微珠、降滤失剂、储层桥堵剂，系统构建海域水合物钻井液体系，测定钻井液密度及流变参数并进行API滤失实验，将钻井液倒入滤失仪中，安装滤纸或滤膜，开启设备，维持设定条件下运行30分钟，如每隔1分钟记录累计滤液体积V，计算滤失量；关闭设备，释放压力，取出泥饼，使用测厚仪在泥饼的多点位置测量厚度，取平均值L； 将泥饼置于烘箱中，设定温度，干燥至恒重后利用密度法测定泥饼孔隙度，即测量泥饼的干燥重量md和体积V，计算泥饼的干密度ρd＝mdV，通过配浆的膨润土密度ρs，计算孔隙度φ为： 根据滤失理论与达西定律，计算泥饼的渗透率K为： 式中：V为滤液体积，cm3；μ为钻井液塑性黏度，Pa·s；L为泥饼厚度，m；t为实验时间，s；A为滤纸面积，m2；ΔP为压力差，Pa； 使用FCP泥饼针入度仪测量泥饼的力学强度，将待测泥饼样品安装在FCP仪器的测试台上，确保针头垂直对准样品表面，根据实验需求选择载荷范围并校准仪器，启动仪器后，施加预设载荷，记录针入深度与施加力的关系曲线；最终，通过分析载荷-针入深度曲线，计算泥饼的抗压强度； 泥饼的抗压强度σc计算公式为： 式中：Fmax为施加的最大载荷值，N；r为针头半径，m； 调整钻井液中固壁剂的浓度，并在相同的实验条件下进行滤失实验、孔隙度测定、渗透率测试以及力学强度测量，通过将实验数据与储层力学理论及海域天然气水合物钻井流-固-热-化多场耦合模型相结合，系统得到泥饼孔隙度、渗透率及力学强度的动态演化规律，揭示固壁剂在优化钻井液配方过程中如何通过调控泥饼的微观结构参数，进而影响储层的宏观力学性能； 使用FCP泥饼针入度仪测量泥饼的力学强度时，每个测量点进行至少三次重复测试，并取平均值； 步骤S4，动态调整钻井液固壁剂加量及钻井液温度压力参数，根据改进后的水合物地层莫尔库伦准则实时判断井壁稳定状态，实现海域水合物储层钻井井壁稳定； 基于改进后的莫尔-库仑屈服准则和井眼屈服扩大率，量化井壁的塑性屈服范围，井眼屈服扩大率＝塑性屈服距离Δr井筒半径r0； 运用改进后的水合物地层莫尔-库仑屈服准则嵌入进海域天然气水合物钻井流-固-热-化多场耦合模型之中进行井壁稳定的判断依据： 式中：τ为剪切应力，MPa；σ为围压，MPa； 在不同应力状态下，水合物地层临界最大主应力表达式为： 式中，σ1f为临界最大主应力，σ3为最小有效主应力； 通过储层的应力分布计算最大有效主应力σ1： 式中，Pmud为井筒钻井液压力，MPa；Prock为地层孔隙压力，MPa；r0为井筒半径，m；r为距井筒中心的径向距离，m； 通过储层的应力分布计算最小有效主应力σ3： 若σ1fσ1，则该区域地层处于塑性变形累积阶段，这个点即为屈服边界，此时距井筒中心的径向距离Δr即为塑性屈服距离； 由水合物地层莫尔-库仑屈服准则看出，井筒与储层之间在压差的作用下进行的对流换热引发近井地带水合物的分解，造成储层力学性质的劣化，即井周力学参数的降低，使得近井地带从弹性应变演化到塑性屈服，且井眼屈服扩大率随水合物分解增大，引发井壁失稳； 通过固壁剂加量优化泥饼参数，从而增强储层近井区域的封堵与承载性能；与此同时，改变钻井液的温压参数来抑制水合物分解速率并减小井筒与储层的压差，降低井壁塑性屈服的范围；基于海域天然气水合物钻井流-固-热-化多场耦合模型，结合储层及井筒温压条件、固壁剂浓度、泥饼性能参数，计算井眼屈服扩大率，当屈服扩大率超出设定阈值时，通过动态调整钻井液参数快速降低井壁失稳风险，实现海域水合物钻探井壁稳定，钻井液参数包括固壁剂浓度、钻井液温度、钻井液压力。

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