我国页岩气储量丰富,加快页岩气资源的勘探开发进程能有效保障我国油气资源安全,但在页岩地层钻井及完井压裂过程中易出现井壁失稳、套管变形等现象。本文基于页岩地层液相侵入机理及井周应力场分布规律,通过数值模拟及理论模型研究了页岩地层钻完井过程动力学形变问题,为科学分析页岩地层钻完井过程引发的复杂井下事故提供了理论支撑。本文的主要研究成果如下:(1)基于液相在基质、天然裂缝及完井压裂后人工裂缝内渗流规律的不同,分别建立了钻井与完井过程中页岩地层液相侵入数学模型,通过对数学模型的计算得到了基质及裂缝系统渗流压力在钻完井过程中随径向距离及时间的演化结果,并分析了液相在压差作用下侵入页岩地层的影响因素。(2)液相在钻完井过程中侵入页岩地层的渗流规律存在明显区别,导致二者应力场分布存在差异,本文在将页岩视为横观各向同性的基础上,综合考虑了井筒内压、井斜角、工作液渗流条件、温度条件、附加应力、地层孔隙压力及压裂缝分布形态等条件,通过应力场叠加原理分别建立了钻完井过程中的井周应力分布数学模型,并对模型进行了计算,得到了钻完井过程中的井周应力场分布规律。(3)根据页岩岩石力学参数,利用有限元软件分别建立并分析了二维平面及三维构造内的体积应变,研究表明非均质性越强的页岩地层,体积应变越小;温度造成的岩石热膨胀及因裂缝在渗流作用下产生的晶间膨胀,均会削弱因应力主导而造成的地层挤压变形;井型不同造成井周渗流规律及井壁受力差异,表现为定向井段的地层体积应变大于直井段;水敏性黏土矿物对页岩地层的体积应变有显著的影响,夹杂泥岩层的页岩地层体积应变远大于单一页岩层段。(4)开展了页岩微观组分测试以及不同压力条件下的页岩膨胀性测试。建立了考虑热-水化损伤的页岩本构模型,得到了钻井与完井过程中页岩地层井壁及井周处的体积应变随时间的演化关系。计算结果表明页岩地层在流固温耦合作用下表现为指向井筒方向的挤压变形,完井压裂后井壁处的体积应变约为钻井过程中的3倍,导致完井压裂后更容易出现地层的动力学形变现象。分析了影响页岩地层动力学形变的因素,结果表明井底液柱压力、基质渗透率、裂缝开度、层理倾角、孔隙度、裂缝起裂方位角越大,液相粘度、弹性模量越小,页岩地层动力学形变能力越强。井斜角对体积应变的影响随距井筒径向距离的不同而变化。