When drilling for oil and gas, maintaining wellbore stability is of primary importance to reduce non-productive time and trouble cost. Shale swelling causes many problems related to stability when drilling with water-based drilling fluids (WBDF). For many years, it remains the number one cause of time wastage and well abandonment. Different shale samples have different chemical compositions that affect their behavior when in contact with water. This factor makes laboratory-based analysis and characterization of the swelling mechanisms and action of swelling inhibitors extremely challenging. Moreover, the need to replicate different conditions at which clay–water interactions might occur necessitates using a different technique. Molecular dynamics (MD) simulation can be used as a supplement technique to help interpret experimental studies, test and improve a theoretical model, and provide empirical data in high-pressure and high-temperature condition of the borehole. MD simulation applies Newton’s second law of motion to describe particles’ movement in a classical system. The technique can be performed on the time scale of nanoseconds, and in three dimensions, it is thus sufficient for the study of clay–water interaction at a molecular level. It provides a unique view of the clay mineral interlayer and surface activities. This work reviews the progress in MD simulations of clay swelling and its inhibition mechanisms for application in petroleum drilling operations.

中文翻译：

---

有效页岩抑制剂设计中的分子动力学模拟综述：在水基钻井液中的应用

在钻探石油和天然气时，保持井筒稳定性对于减少非生产时间和降低故障成本至关重要。在使用水基钻井液（WBDF）进行钻井时，页岩膨胀会引起许多与稳定性相关的问题。多年来，它仍然是造成时间浪费和废弃的第一大原因。不同的页岩样品具有不同的化学成分，这些成分会在与水接触时影响其行为。该因素使基于实验室的溶胀机理和溶胀抑制剂作用的分析和表征极具挑战性。此外，需要使用不同的技术来复制可能发生粘土与水相互作用的不同条件。分子动力学（MD）模拟可作为一种辅助技术来帮助解释实验研究，测试和改进理论模型，并提供在井眼高压和高温条件下的经验数据。MD模拟应用牛顿第二运动定律来描述经典系统中粒子的运动。该技术可以在纳秒级的时间尺度上进行，并且可以在三个维度上进行，因此足以在分子水平上研究粘土与水的相互作用。它提供了粘土矿物夹层和表面活动的独特视角。这项工作回顾了粘土膨胀的MD模拟及其在石油钻井作业中的抑制机理的模拟进展。MD模拟应用牛顿第二运动定律来描述经典系统中粒子的运动。该技术可以在纳秒级的时间尺度上进行，并且可以在三个维度上进行，因此足以在分子水平上研究粘土与水的相互作用。它提供了粘土矿物夹层和表面活动的独特视角。这项工作回顾了粘土膨胀的MD模拟及其在石油钻井作业中的抑制机理的模拟进展。MD模拟应用牛顿第二运动定律来描述经典系统中粒子的运动。该技术可以在纳秒级的时间尺度上进行，并且可以在三个维度上进行，因此足以在分子水平上研究粘土与水的相互作用。它提供了粘土矿物夹层和表面活动的独特视角。这项工作回顾了粘土膨胀的MD模拟及其在石油钻井作业中的抑制机理的模拟进展。