随着常规油气开发殆尽,石油勘探将越来越多的目光转向非常规油气,然而对于非常规油气储层仅就页岩储层而言,粘土矿物含量高,具有水敏性强、易膨胀、易坍塌等特点,钻进过程中容易造成井壁坍塌剥落,形成“大肚子”井段。在固井注水泥驱替过程中,不规则井段处极易窝存钻井液,死泥浆滞留下来后期失水粉化,最终剥离成微裂缝,导致隔层界面(即水泥浆与隔层之间的胶结面,也称固井二界面或第二界面或第二胶结面)封固系统失效,影响油气井生产甚至报废,造成巨大的经济损失。由于现场不规则井筒取芯成本较高、实验重复性差,且对死泥浆性质的描述和评价十分困难,国内在井眼不规则对隔层界面抗剪切强度影响方面的研究并不多,因此,亟需建立室内不规则井眼隔层界面抗剪切强度模拟实验方法,以探究井眼不规则对隔层界面抗剪切强度的影响。本论文首先基于对不规则井眼隔层界面封固系统的细分,提出污染层的概念并指明最薄弱层的可能部位,然后通过两个自制刮刀的改造建立了不规则井眼隔层界面抗剪切强度模拟实验方法,通过污染层对泥饼及水泥石力学性能的影响实验确定了隔层界面的最薄弱层位,建立了污染层结构模型,最后推导出井眼不规则影响下隔层界面抗剪切强度的预测模型。本论文的主要结论如下:1. 基于对不规则井眼隔层界面组成部分的深入分析和探讨,不规则井眼隔层界面封固系统细分为纯水泥浆、受污染水泥浆、受污染死泥浆、纯死泥浆、泥饼和隔层六种主体及两两间的七个间歇复合界面;最先发生剪切破坏的薄弱部位有纯水泥浆层与污染层间界面、污染层、污染层与泥饼层间界面、泥饼层和泥饼与隔层间界面五个可能。2. 通过两个自制刮刀的改进建立了不规则井眼隔层界面抗剪切强度模拟实验方法,实验结果表明,在缺陷大小及形状一定的条件下,隔层界面抗剪切强度随缺陷数量增多而减小,即不规则程度越严重隔层界面抗剪切强度越小;通过死泥浆和泥饼的宏观形貌及组分对比,得知死泥浆与泥饼的矿物成分基本相同,在强度及密实程度上死泥浆远不如泥饼,接近于周风山所提出层状模型中的可压缩泥饼层,在组成颗粒排列上接近于雷宗明所提出的网架结构模型,结构疏松、孔隙率大。3. 泥饼与岩土学中的粘性土有极高的相似性,是一种饱和粉质粘土,孔隙基本被水充填,其力学性能受孔隙内气体影响较小。污染层是水泥浆和泥饼的混合区域,对其硬化强度从土力学和水泥化学两个角度加以研究,污染层中水泥因增大了泥饼的粘聚力而有助于死泥浆固结后抵抗外力剪切破坏;污染层中水泥水化硬化类似岩土工程中的水泥土,死泥浆含量越多,所形成水泥石抗压强度越低,其主要原因在于死泥浆中的粘土矿物使水泥水化用水量及水化程度大幅减小,造成水泥石强度降低。4. 结合污染层内泥饼及水泥石强度影响规律确定了隔层界面封固系统中最薄弱层的位置位于远离井壁一侧的泥饼层,而并非污染层或泥饼与隔层间界面。建立了合理的污染层结构模型,推导出了轴向壁面缺陷组和周向壁面缺陷组的隔层界面抗剪切强度表达式。