一、力-化-渗耦合的井壁稳定评价模型

针对致密砂岩地层裸眼井壁长期浸泡、泥页岩地层水化膨胀等导致的井壁失稳问题，研究室开发了基于力学-化学-渗透因素的井壁稳定评价模型，以分析井壁坍塌压力危险区和钻井液安全密度窗口。

图1 力-化-渗耦合的井壁稳定评价模型

模型采用迭代方法计算坍塌压力，首先输入基本地质参数，通过张量变换计算原地应力产生的井周应力，并附加渗流应力，考虑水化作用导致的岩石强度降低，通过摩尔库伦准则判断岩石是否被破坏，从而计算坍塌压力。

图2 地应力与井周应力转化

井周应力计算公式：

二、井周应力分析

对松辽南部气藏的井周应力分析如图所示：

图3 井周应力分析结果

如图3所示，井壁实际应力为原地应力产生的井周应力与渗流附加应力的线性叠加。井周应力受地应力影响有明显的方向性，由于附加应力的存在，裸眼井壁处的应力差增大，由第四强度理论，岩石更容易破坏，井壁稳定性降低。

图4 砂岩地层不同断层机制下的坍塌压力分布

图5 泥页岩地层不同层理面产状下的坍塌压力分布

如图5所示为砂岩地层和泥页岩地层的坍塌压力分布情况。砂岩地层受地应力机制影响，坍塌压力的分布有明显的方位特征，泥页岩地层坍塌压力分布形态主要受层理面产状的影响。随着岩石吸水率的增大，坍塌压力呈线性增大。