第八章 井壁稳定
井壁稳定性解析
r R r2 2P(H2 h)(1R r2 2)(H2 h)(13rR 444rR 22)co2s [2((1 1 2 ))(1R r2 2)]P (Pp)
R2P(Hh)(1R2)(Hh)(13R4)co2s
r2
2
r2
2
r4
[2((11 2 ))(1R r22)]P (Pp)
rH2 h(13 rR 442 rR 22)si2 n
A
hmax
井壁稳定性判别模型 Mohr-coulomb准则--剪切破坏判别准则
Shear Stress Shear Stress
q´
Min Stress
Stable
Stress State
r´
Max Stress
r´
q´
ห้องสมุดไป่ตู้
Effective Compressive Stress
q´
r´
Unstable Stress State
P t 3H h 2 K C 2 K 1K 2 1 PKctg(452)
P f 3 hHP S t
注意各符号表示的物理意义。
定向井井周地层应力状态
3 z1
β
z
y
o
r
γ
θ
x
α
1
β
y1 α
2
x1
东营组地层斜井井壁稳定性分析
最大水平地应力方位： 井壁坍塌风险最高
坍塌压力随井 斜方位的变化
安全压力（密度）窗口：ΔP
P破＞ P泥 ＞ P地 (P地＞ P坍)
P破＞ P泥＞ P坍
(P坍＞ P地 )
ΔP—安全压力窗口
钻井合理泥浆密度的确定
➢ ΔP愈大,则钻井愈易 ➢ ΔP愈小,则钻井愈难
井壁稳定分析
地层孔隙压力预测2.1 孔隙压力的预测方法地层孔隙压力是指岩石孔隙流体所具有的压力。
作为一个地质参数，孔隙压力在油气勘探、钻井工程及油气开发中占有十分重要的地位。
就钻井工程而言，孔隙压力是实现快速、安全、经济、合理钻进的一个必不可少的重要参数，因此准确的预测孔隙压力非常重要。
地层孔隙压力评价的方法很多，我们采用了国家“863”攻关项目“海洋探查与资源开发技术”中“精确的地层压力预测和监测技术”专题的研究成果，以测井资料为基础，采用高精度的地层压力预测和检测方法，进行地层孔隙压力预测计算。
在岩性和地层水变化不大的地层剖面中，正常压实地层的特点是，随着地层深度的增加，上覆岩层载荷增加，泥页岩的压实程度增大，导致地层孔隙度减小，岩石密度增大。
泥页岩的压实程度直接反应地层孔隙压力的变化。
而在目前的测井系列中，有多种测井方法都能较好地反应地层孔隙压力。
在本研究中，选用了资料来源最广、经济方便的声波时差法。
2.1.1 声波时差法解释原理声波测井测量的是弹性波在地层中的传播时间。
声波时差主要反映岩性、压实程度和孔隙度。
除了含气层的声波时差显示高值或出现周波跳跃外，它受井径、温度及地层水矿化度变化的影响比其它测井方法小得多。
所以用它评价和计算地层孔隙压力比较有效。
对岩性已知、地层水性质变化不大的地质剖面，声波时差与孔隙度之间成正比关系。
在正常压实的地层中可导出相似公式：CH 0e Δt Δt =将上式变换可得：B AH Δt +=logt ∆─深度为H 处的地层声波时差，ft s /μ；0t ∆─深度为0处的地层声波时差，ft s /μ；A 、B 、C 为系数，其中A <0，C <0。
该式即为压实地层声波时差正常趋势线公式，从式中可以直观地看出：t ∆log 与H 成线性关系，斜率是 A (A <0 )，在半对数曲线上，正常压实地层的t ∆对数值随深度呈线性减少。
如出现异常高压，t ∆散点会明显偏离正常趋势线。
第8章地下水向井稳定运动
（seepage face）。井损（well loss）是由于抽水井管所造成的水头损 失。产生水跃的原因：
①井损的存在：渗透水流由井壁外通过过滤器或缝隙进入抽水井时 要克服阻力，产生一部分水头损失 h1。
② 在有垂向补给的无限含水层中，随降落漏斗的扩大，垂向 补给量不断增大。当其增大到与抽水量相等时，将形成稳定的降 落漏斗和地下水的稳定运动；
一般，对于无补给的无限含水层，不能达到稳定井流，但在实 际观察中，随着抽水时间的延长，水位降深的速率会越来越小， 降落漏斗的扩展及其缓慢，当降落漏斗范围内的水位降深在一个 较短的时间段内几乎观测不到明显的水位下降，若延长观测时间 间隔，仍可以看到水位在缓慢下降，此时，漏斗区内的水流可看 作稳定处理，这种状态称为似稳定状态。
第八章 地下水向井的稳定运动
第8章地下水向井稳定运动
本章内容： 8.1 地下水向完整井的稳定运动 8.2 地下水向非完整井的稳定运动 8.3 注水井计算（自学） 8.4 干扰井计算（自学） 8.5 边界附近井的计算 8.6 根据稳定抽水试验资料推求井的抽水量与 井中水位降深的经验公式
u水井的分类及井流特征
在三维流，井壁内外存在水头差值； ② 降落漏斗位于含水层内部，水位降落漏斗的曲面就是含水层的上部界
面，导水系数T随时间t和径向距离r变化； ③ 潜水含水层水位下降伴有弹性释水和重力疏干，为缓慢排水过程，抽
水量主要来源于含水层疏干。 (2) 承压水井流特征： ①流线与等水头线在剖面上的形状不相同，等水头线近似直线，等水头
(2)按揭穿含水层的程度及进水条件：完整井、非完整井 完整井(fully penetrating well)：贯穿整个含水层，在全部含水 层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。揭穿整个含水层，并在 整个含水层厚度上都进水的井。 非完整井(partially penetrating well)：未揭穿整个含水层、只 有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。 未完全揭穿整个含水层，或揭穿整个含水层，但只有部分含水层厚度上 进水的井。
物理知识应用实践之钻井井壁稳定性的力学分析
其 中，ｐ 为上覆岩层竖直方 向的平均密度 ［ ｋ ｇ ／ ｍ ２ ］． ｇ 为重力加
速度 ［ ｍ ／ ｓ ］． Ｈ为井深 ［ ｍ］ 。该 微 元 在 水平 面 内 的受 力 如 图 ２
知识和经验 ， 通过运行各种钻井设备 ，实施相应 的技术工艺 ，用钻头 在地层中形成一个规则 的井眼的过程 ，它包含有一 系列的钻井措施 和
工艺。但 是 ，钻井工程是隐蔽性很强 的地下工程 ，施工 过程中所产生 的很多问题都是不可见 的。例如 ，井壁 的稳定性 问题就是限制钻井 速 度的重要瓶颈之一。井壁如何保持稳定 ，以往 总是从岩石的化学性 质
企 业 管 理
物理知识应用实践之钻井井壁稳定性的力学分析
陈 枫 （ 山东胜利职业学院
摘
山东
东营 ２ ５ ７ ０ ０ ０ ）
要 ：井壁稳定问题是 限制钻 井速度的重要瓶 颈之一 ，为 了给钻 井现场施 工提 供强有 力的理论 基础 ，通过物理方 法，利 用柱 面坐标 ，建
立了竖直 圆柱井筒围岩力学模型 ，得到 了简化条件 下的井下岩石受 力表达式 ，指 出由于井下围岩 压力 占主导 地位 ，对造成 井壁岩石 失效的判 断
确定地层原始地应力 ，然后计算出钻井过程 形成井眼后 ，周 围地层 岩
！ ！
： 一
（ ３ ）
石的应力分布公式 ，结合地层岩石 的强度性 质数据就可确定理 论上岩 石状态被破坏 的压力 ，从而确定保持井壁稳定所需 的外 力范围 （ 主要 是钻井液液柱压力 ，可计算 出钻 井液密度 ） ，当钻井过程 中井壁 四周 地层岩石所受应力超过了岩石的强度时 ， 表现 为井壁失稳 ；当岩石井 壁 四周地层所受应力小于岩石的强 度时， 表现为井壁稳定 。 国外 已有文献对从井壁围岩的力学特性出发 ，讨论井壁 稳定性的 论述很 多，主要有 四个模 型。１ ）基 于线弹性 理论 ，通 过库伦一摩尔
谈谈定向井井壁稳定问题
谈谈定向井井壁稳定问题从岩石力学、地球物理测井、工程录井、环空水力学和钻井液化学等方面分析定向井井壁稳定问题，以实现对钻井液性能、井身结构及其它工程参数的优化设计。
标签：定向井岩石应力；地层压力；地层破裂压力液柱压力数学模型引言导致井眼出现失稳问题的因素包括天然的原因和人为的原因。
在天然的原因方面包括：地质构造类型和原地应力，孔隙度渗透性及孔除中的流体压力等；在人为的原因方面包括：钻井液的性能，泥页岩化学作用的强弱，钻柱对井壁的摩擦和碰撞等。
导致井眼失稳的最根本因素就是在形成井眼的过程中，井眼四周的应力场、化学力出现了变化，导致井壁应力集中的问题，致使井内钻液的压强不可以和底层的地应力重新建立起平衡的关系。
如果井内的钻井液液柱比坍塌的压力还要低的时候，井壁的岩石就会被破坏，这时候的塑性岩石会对井中产生塑性的流动，最后出现缩径的问题，而脆性的岩石就可能会发生坍塌的问题，导致井径的增大，如果当钻井液的液柱压力要比破裂时压力还要高的情况下，井壁内四周的岩石就会被拉伸导致出现井漏的问题。
此外，钻井液的密度最好是让井内的液柱和地层孔隙的压力能够互相平衡。
一、井壁应力分布因为上覆岩层的压力不能很好的和井轴重合，原来的水平地应力也就不能和井轴正交，所以井眼四周的岩石在切向正应力与法相正应力的共同作用之下处在三维应力的情况之下。
不仅正压力作用在井轴垂直平面井壁四周的岩石，剪应力也作用在井轴垂直平面与岩石之上，它们都严重的影响着井壁岩石的形态，对井壁岩石有破坏作用。
二、井壁岩石破坏准则当前许多人为拉伸断裂的机制操纵着地层的压裂情况，也就是说，如果当一个有效的主应力的大小能够与岩石拉伸的强度值相同时就会发生底层破裂的情况。
三、岩石强度参数的确定为了能够对全井段进行连续预测，仅凭室内岩心试验是不够的。
而要充分利用相关的间接资料，其中最完整的莫过于测井资料。
因此，将测井资料的处理与岩心试验结合起来，确定所需要的地层参数。
2007石油工程专业岩石力学第八章 井壁稳定解析
（2）岩石的综合性质，岩石的强度(rock strength )和变形
(deformation )特征等、孔隙度(porosity )、含水量、粘土含量 (clay content )、组成和压实情况等。
（3）钻井液(drilling fluid )的综合性质，化学组成、连续
相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、泥
pressure)；
如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力 (tensile stress )大于岩石的抗拉强度(tensile strength )时，将
产生拉伸破坏（ tensile failure,表现为井漏），此时的临界井眼压
力定义为破裂压力(fracture pressure )。 因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近
3、井壁失稳的原因
通过以上分析，可以发现，影响井壁稳定的因素概括起来可分为
四大类： （1）地质力学因素，原地应力状态(in site stress state )、
地层孔隙压力(formation pore pressure ) 、原地温度、地质构造特
征(geological structural feature)等。这些因素是不可改变的，只 能准确地确定它们。
4、井壁稳定的研究方法
井壁稳定性(borehole stability )的研究方法目前主要有
三种：一是泥浆化学研究，二是岩石力学研究，三是化学和力学 藕合起来研究。
泥浆化学方面研究:
从泥浆化学方面研究井壁稳定，主要研究泥页岩水化膨胀的 机理，寻找抑制泥页岩水化膨胀(hydrate expansion )的化学
浆体系的维护等。特别是对于泥页岩和泥质胶结的砂岩，钻井液对 它们的物理力学性质的影响非常的大。 （4）其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身 结构参数（井深、井斜角、方位角azimuth angle ）、压力激动和 抽吸(surge and swab pressure) 等。
第八章井壁稳定
2、井壁失稳与岩石破坏类型的关系 井壁失稳(unstable borehole)时岩石的破坏类型主要有两种： 拉伸破坏(tensile failure)、剪切破坏（shear failure )。 剪切破坏又分为两种类型: 一种是脆性破坏，导致井眼扩大，这会给固井、测井带来问题。 这种破坏通常发生在脆性岩石中，但对于弱胶结地层由于冲蚀作用 也可能出现井眼扩大； 另一种是延性破坏，导致缩径，发生在软泥岩、砂岩、岩盐等 地层，在工程上遇到这种现象要不断地划眼，否则会出现卡钻现象。 拉伸破坏或水力压裂会导致井漏，严重时可造成井喷。 实际上井壁稳定与否最终都表现在井眼围岩的应力状态。如果 井壁应力超过强度包线，井壁就要破坏；否则井壁就是稳定的。
一、井壁不稳定的危害
在我国各大油田的长期勘探开发过程中，井壁不稳定问题一直 比较突出。如环渤海湾地区主要表现为馆陶、明化镇组泥页岩地层 的水化膨胀，造成缩径卡钻事故；东营底、沙河街、孔店组泥页岩 地层的剥落掉块，造成井径扩大(out of gauge hole )、坍塌卡钻 (stuck drill pipe )、电测质量低下、固井不合格等工程事故； 一些特殊层位如：生物灰岩、裂隙性玄武岩、软弱砂岩的井塌井漏 等。
（公式复杂） ，再利用破坏准则（failure criterion ）求解。
三、井壁破裂的判据
对于拉伸破坏一般采用最大拉应力理论：
3 Pp t
其中 3 为井壁上的最小主应力； t 为地层的抗拉强度。
对于直井，均匀水平地应力的情况，有:
Pf Pw 2 h t Pp
对于直井，非均匀水平地应力的情况 ：
pw 图8-1 井壁围岩的应力分析
H h
h
H h
h
h
pw
[工学]第八章 直井井壁稳定性分析讲课用
![[工学]第八章 直井井壁稳定性分析讲课用](https://img.taocdn.com/s3/m/375c351087c24028905fc301.png)
第八章井壁稳定性研究第一章概论第二章井壁稳定性研究的基本原理第一章概论•井壁稳定研究的意义•井壁失稳的表现形式•影响井壁稳定的基本因素•井壁稳定的研究现状•井壁稳定研究的主要内容一、井壁稳定研究的意义1、提高钻井成功率2、确保井眼按设计要求，按时、保质地完成¾钻穿和钻达设计要求的所有目的层，钻达到设计井深和层位¾按时完成钻井完井任务¾井身质量好，满足各种测试要求¾钻井成本合理3、有助于取全、取准所要求的各种资料；4、减小和防止油层损害，以利于发现和评价油气层•基本概念¾原地应力¾有效应力•力学本构方程•井周应力分布•主应力•井壁稳定性判别模型•“安全”泥浆密度范围•井壁稳定性分析的参数获取•井壁稳定性分析软件介绍二、力学本构方程•力的平衡方程•几何方程•应力-应变关系三、井周应力分布•地层均质、各向同性和线－弹性；•当远场孔隙压力恒定。
•当r=r w 时，得到井壁应力：其中：r w ：井半径P wf ：泥浆柱压力r ：径向距离/)(2/0/242)(2/242)(2)(//=+−==−−−=−−−−+==∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞rw rz yZxZrw z rw r xyy x ZZ rw Z wf xyyxyxrw wfrw r Cos Sin Sin Cos P Sin Cos P τθτθτττθµτθσσµσσθτθσσσσσσθθθβσβσσβσβσβσασ2221222212)(Cos Sin Sin Sin Cos Cos H H yv H H x +=++=∞∞ασβσβσασ222212)(Cos Sin Cos Sin v H H zz++=∞)()()(12222112H H yZ v H H xzH H xyCos Sin Sin Sin Cos Sin Cos Cos Sin Cos σσββατσβσβσαατσσββατ−=−+=−=∞∞∞五、井壁稳定性判别模型•Mohr-coulomb准则•Druck-Prager准则•非线性Pariseau准则•Hoek－Brown准则由井壁3个主应力分量的有效应力表达式，可以得到以下3种可能的关系：（I ）e 3σ<e 1σ<e2σ（II)e 1σ<e 3σ<e 2σ（III) e 3σ<e 2σ<e1σ对应的Mohr -Coulomb 表达式：e 2σ=C 0+ e 3σtg φe 1σ=C 0+ e 3σtg φe 2σ=C 0+ e 1σtg φ六、钻井合理泥浆密度的确定1、裸眼井段的三个压力剖面——地层破裂压力P破——地层压力P地——地层坍塌压力P坍2、裸眼井段钻井的安全压力（泥浆密度）窗口：P泥——泥浆柱压力若：P泥＞P破则：井漏P泥＜P地则：井喷P泥＜P坍则：井塌安全压力（密度）窗口：ΔPP 破＞P 泥＞P 地(P 地＞P 坍)P 破＞P 泥＞P 坍(P 坍＞P 地)ΔP —安全压力窗口¾ΔP愈大,则钻井愈易¾ΔP愈小,则钻井愈难¾若ΔP =P破-P地（P地＞P坍）则较易¾若ΔP =P破-P坍（P坍＞P地）则较难¾PP坍由地层的原地应力、地层岩体的力学破、性质、强度、地层倾角、井斜、方位……因素所确定。
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易于发生井壁失稳的地区
高构造应力地区，如逆掩断层、 高构造应力地区，如逆掩断层、山前构造带或 大倾角地层 异常高孔隙压力 水敏性地层 裂缝性地层 低强度地区
垂直于地层层理钻进井眼较稳定 对裂缝性地层， 对裂缝性地层，提高钻井液密度不一定有助于防止 坍塌 崩落后的井眼比圆形井眼更稳定 构造运动剧烈地区有可能通过优化井眼方位来改善 稳定性； 稳定性； 减少井眼裸露时间是有益的 强抑制、严封堵、 强抑制、严封堵、合理密度是防塌钻井液设计的方 向 冷却钻井液有助于防塌
井眼稳定分析所需资料
区域地质构造；岩性剖面 测井资料（井径、声波、密度、自然伽玛等） 录井资料 钻井设计任务书、井史及完井地质报告 岩心、岩性、岩相、岩石物性分析资料 地层漏失试验及事故记录 其他部门的研究结果（地质、开发部门） 钻井过程中的其他测试资料
分析步骤
判断井眼失稳性质（化学、力学、疏松岩层、 塑性岩层） 了解构造背景、准确判定地应力特征； 分析岩性剖面，收集岩心、测井资料； 应用分析软件进行分析 将分析结果与钻进实际进行对比，进行必要的 修正； 结合钻井液特性、井眼轨迹进行预测，并提出 维护井眼稳定的措施。
力学方面的研究: 力学方面的研究: 岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、 岩石力学研究主要包括原地应力状态的确定、岩 石力学性质的测定、井眼围岩应力分析， 石力学性质的测定、井眼围岩应力分析，最终确定保 持井眼稳定的合理泥浆密度。 持井眼稳定的合理泥浆密度。 化学和力学耦合研究 泥浆化学和岩石力学耦合起来研究， 泥浆化学和岩石力学耦合起来研究，尽可能多地 搜集井眼情况资料（ 搜集井眼情况资料（如井眼何时以何种方式出现复杂 情况），尽可能准确地估计岩石的性能， 情况），尽可能准确地估计岩石的性能，确定起主要 ），尽可能准确地估计岩石的性能 作用的参数有哪些。 作用的参数有哪些。
4、井壁稳定的研究方法 井壁稳定性(borehole 井壁稳定性(borehole stability )的研究方法目 前主要有三种：一是泥浆化学研究， 前主要有三种：一是泥浆化学研究，二是岩石力学研 究，三是化学和力学耦合起来研究。 三是化学和力学耦合起来研究。 泥浆化学方面研究: 泥浆化学方面研究: 从泥浆化学方面研究井壁稳定， 从泥浆化学方面研究井壁稳定，主要研究泥页岩 水化膨胀的机理，寻找抑制泥页岩水化膨胀(hydrate 水化膨胀的机理，寻找抑制泥页岩水化膨胀(hydrate )的化学添加剂和泥浆体系 的化学添加剂和泥浆体系， expansion )的化学添加剂和泥浆体系，最大限度地 减少钻井液对地层的负面影响。 减少钻井液对地层的负面影响。
打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁岩石失去了原有的支持， 打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁岩石失去了原有的支持，取而代之的 是泥浆静液压力，在这种新条件下，井眼应力将产生重新分布， 是泥浆静液压力，在这种新条件下，井眼应力将产生重新分布，使井壁附近 产生很高的应力集中，如果岩石强度不够大，就会出现井壁不稳定现象。 产生很高的应力集中，如果岩石强度不够大，就会出现井壁不稳定现象。
2、井壁失稳与岩石破坏类型的关系 井壁失稳(unstable borehole)时岩石的破坏类型主要有两种 时岩石的破坏类型主要有两种： 井壁失稳 (unstable borehole) 时岩石的破坏类型主要有两种 ： 拉伸破坏(tensile failure)、剪切破坏（ 拉伸破坏(tensile failure)、剪切破坏（shear failure )。 剪切破坏又分为两种类型: 剪切破坏又分为两种类型: 一种是脆性破坏，导致井眼扩大，这会给固井、测井带来问题。 一种是脆性破坏，导致井眼扩大，这会给固井、测井带来问题。 这种破坏通常发生在脆性岩石中， 这种破坏通常发生在脆性岩石中，但对于弱胶结地层由于冲蚀作用 也可能出现井眼扩大； 也可能出现井眼扩大； 另一种是延性破坏，导致缩径，发生在软泥岩、砂岩、 另一种是延性破坏，导致缩径，发生在软泥岩、砂岩、岩盐等 地层，在工程上遇到这种现象要不断地划眼，否则会出现卡钻现象。 地层，在工程上遇到这种现象要不断地划眼，否则会出现卡钻现象。 拉伸破坏或水力压裂会导致井漏，严重时可造成井喷。 拉伸破坏或水力压裂会导致井漏，严重时可造成井喷。 实际上井壁稳定与否最终都表现在井眼围岩的应力状态。 实际上井壁稳定与否最终都表现在井眼围岩的应力状态。如果 井壁应力超过强度包线，井壁就要破坏；否则井壁就是稳定的。 井壁应力超过强度包线，井壁就要破坏；否则井壁就是稳定的。
二、井壁不稳定的原因及其研究方法
1、井壁不稳定的原因 如果井眼内的泥浆密度过低， 如果井眼内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度 )而产生剪切破坏 而产生剪切破坏（ failure,表现为井眼坍 (shear strength )而产生剪切破坏（shear failure,表现为井眼坍 塌扩径或屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为坍塌压力(collapse 塌扩径或屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为坍塌压力(collapse ），此时的临界井眼压力定义为坍塌压力 pressure)； pressure)； 如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力， 如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力 )大于岩石的抗拉强度 大于岩石的抗拉强度(tensile )时 (tensile stress )大于岩石的抗拉强度(tensile strength )时，将 产生拉伸破坏（ failure,表现为井漏），此时的临界井眼压 表现为井漏）， 产生拉伸破坏（ tensile failure,表现为井漏），此时的临界井眼压 力定义为破裂压力(fracture )。 力定义为破裂压力(fracture pressure )。 因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度， 因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近 的应力状态(stress )，达到稳定井眼的目的。 的应力状态(stress state )，达到稳定井眼的目的。
井壁失稳问题的工程现象
起下钻遇阻， 起下钻遇阻，甚至卡钻 大钩负荷加大 划眼 扭矩加大 循环时返出岩屑棱角分明 测井井径扩大
一、井壁不稳定的危害
在我国各大油田的长期勘探开发过程中， 在我国各大油田的长期勘探开发过程中，井壁不稳定问题一直 比较突出。如环渤海湾地区主要表现为馆陶、 比较突出。如环渤海湾地区主要表现为馆陶、明化镇组泥页岩地层 的水化膨胀，造成缩径卡钻事故；东营底、沙河街、 的水化膨胀，造成缩径卡钻事故；东营底、沙河街、孔店组泥页岩 地层的剥落掉块，造成井径扩大(out 地层的剥落掉块，造成井径扩大(out of gauge hole )、坍塌卡钻 (stuck drill pipe ) 、 电测质量低下 、 固井不合格等工程事故 ； 电测质量低下、固井不合格等工程事故； 一些特殊层位如：生物灰岩、裂砂岩的井塌井漏 等。 这些事故的发生会严重拖延了钻井周期，明显增加钻井成本， 这些事故的发生会严重拖延了钻井周期，明显增加钻井成本， 并给后续工作带来不利影响。 并给后续工作带来不利影响。严重时可使部分井眼报废甚至使整个 井眼报废。 井眼报废。
井壁失稳问题的工程分类： 井壁失稳问题的工程分类：
缩径(out )： 缩径(out of gauge holes )： 井眼压力较小，井壁岩石发生延性流动； 井眼压力较小，井壁岩石发生延性流动； 井漏(lost )： 井漏(lost circulation )： 井眼压力大于地层破裂压力； 井眼压力大于地层破裂压力； 井塌(borehole )： 井塌(borehole collapse )： 井眼压力小于地层破裂压力， 井眼压力小于地层破裂压力， 同时容易发生井喷(blowout )事故 事故。 同时容易发生井喷(blowout )事故。
)的综合性质 化学组成、 的综合性质， （3）钻井液(drilling fluid )的综合性质，化学组成、连续 钻井液(drilling 相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、 相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、泥 浆体系的维护等。特别是对于泥页岩和泥质胶结的砂岩， 浆体系的维护等。特别是对于泥页岩和泥质胶结的砂岩，钻井液对 它们的物理力学性质的影响非常的大。 它们的物理力学性质的影响非常的大。 （4）其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身 其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、 结构参数（井深、井斜角、方位角azimuth ）、压力激动和 结构参数（井深、井斜角、方位角azimuth angle ）、压力激动和 抽吸(surge pressure)等 抽吸(surge and swab pressure)等。 这些因素和参数之间相互作用、相互影响， 这些因素和参数之间相互作用、相互影响，使井壁稳定问题变 得非常复杂。 得非常复杂。
3、井壁失稳的原因 通过以上分析，可以发现， 通过以上分析，可以发现，影响井壁稳定的因素概括起来可分为 四大类： 四大类： )、 （1）地质力学因素，原地应力状态(in site stress state )、 地质力学因素，原地应力状态(in 地层孔隙压力(formation 原地温度、 地层孔隙压力(formation pore pressure ) 、原地温度、地质构造特 征(geological structural feature)等。这些因素是不可改变的，只 feature)等 这些因素是不可改变的， 能准确地确定它们。 能准确地确定它们。 （2）岩石的综合性质，岩石的强度(rock strength )和变形 岩石的综合性质，岩石的强度(rock 特征等、孔隙度( 含水量、 (deformation )特征等、孔隙度(porosity )、含水量、粘土含量 组成和压实情况等。 (clay content )、组成和压实情况等。
第二节
分布规律。 分布规律。
井眼围岩应力分布
要进行井壁稳定的力学分析， 要进行井壁稳定的力学分析，首要任务之一就是确定井壁围岩的应力
一、直井井壁围岩的应力分布
下图是直井井眼(vertical )力学模型 力学模型， 下图是直井井眼(vertical borehole )力学模型，在X方向无限远处 作用有最大水平主应力，在Y方向无限远处作用有最小水平主应力，在井 作用有最大水平主应力， 方向无限远处作用有最小水平主应力， 眼内部作用有钻井液的静液压力，地层内部作用有地层孔隙压力。 眼内部作用有钻井液的静液压力，地层内部作用有地层孔隙压力。 由于地层是线弹性的，遵循叠加原理， 由于地层是线弹性的，遵循叠加原理，图8-1可分解为图8-2所示的两个模 可分解为图8 型的叠加。一是厚壁筒(thick)模型 模型， 型的叠加。一是厚壁筒(thick-wall cylinder )模型，一是单向受压大板 (thick 小孔应力集中模型。这两个模型都是经典的弹性力学问题，具有解析解。 小孔应力集中模型。这两个模型都是经典的弹性力学问题，具有解析解。