張銳 陳飛宇 牛洪波 高東亮 劉曉蘭 楊春旭

1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院；2.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院；3.中石化上海海洋油氣分公司

油氣井眼鉆井液替代了地層巖石，當(dāng)鉆井液密度偏低時(shí)，液柱壓力不足以支撐井壁穩(wěn)定，力學(xué)平衡破壞，井壁發(fā)生坍塌。ZH凹陷油頁(yè)巖地層硬脆性高，裂縫發(fā)育，鉆井液與地層接觸面積大，地層水化和滲流作用更為嚴(yán)重，井壁坍塌問(wèn)題相對(duì)突出。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量含弱面的井壁穩(wěn)定性研究。Jaeger［1］首次分析了地層弱面對(duì)井壁穩(wěn)定的影響，提出弱面傾角達(dá)到一定角度時(shí)，地層巖體達(dá)到最低強(qiáng)度。Chenevert［2］實(shí)驗(yàn)指出頁(yè)巖巖體強(qiáng)度受弱面夾角和力的加載方向影響。金衍等［3］建立了含有弱面的地層井壁穩(wěn)定分析模型，分析了不同產(chǎn)狀地層下鉆井液安全密度。Al-Bazali［4］比較了砂巖和含有弱面頁(yè)巖地層井眼圍巖應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)含弱面頁(yè)巖受鉆井液水化作用影響更大，使得井壁圍巖穩(wěn)定性更差。Lee［5］利用各種坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換關(guān)系，將地層弱面應(yīng)力進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，再結(jié)合弱面地層強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則，對(duì)井壁穩(wěn)定性進(jìn)行了分析求解。張銳等［6］在地層裂縫描述及識(shí)別方法探究的基礎(chǔ)上，基于巖石力學(xué)和線彈性斷裂力學(xué)(LEFM)理論，結(jié)合閉合裂縫開(kāi)啟和擴(kuò)展機(jī)理，建立了一種地層閉合裂縫縫口開(kāi)啟及縫末擴(kuò)展臨界井筒壓力的數(shù)學(xué)計(jì)算模型。

上述針對(duì)裂縫滲流、水力壓差、化學(xué)勢(shì)、溫度等多場(chǎng)作用下的硬脆性裂縫油頁(yè)巖地層坍塌壓力變化研究還不夠深入。因此，筆者結(jié)合眾多學(xué)者對(duì)頁(yè)巖地層的研究，針對(duì)ZH凹陷硬脆性裂縫油頁(yè)巖地層井壁失穩(wěn)問(wèn)題，給出了井壁穩(wěn)定的流-固-化-熱耦合模型，分析了不同因素對(duì)ZH凹陷硬脆性裂縫油頁(yè)巖井壁穩(wěn)定影響規(guī)律，為現(xiàn)場(chǎng)鉆井施工提供參考依據(jù)。

1 井周?chē)鷰r及裂縫面應(yīng)力分析

1.1 井周?chē)鷰r應(yīng)力分析

1.1.1 井眼極坐標(biāo)系下的原地應(yīng)力分布

對(duì)于定向井或者水平井，原地應(yīng)力場(chǎng)(σH、σh、σv)與井周應(yīng)力場(chǎng)(σr、σθ、σz、σrθ、σrz、σθz)分別位于地層坐標(biāo)系和井眼極坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到任意井斜角、方位角條件下的井眼極坐標(biāo)系下的地層應(yīng)力分布。井周應(yīng)力場(chǎng)在井眼極坐標(biāo)系中的表達(dá)式為

其中

式中，σxx、σyy、σzz、σxy、σyz、σzx為井眼軸線直角坐標(biāo)系下的地應(yīng)力分量，MPa；pw為鉆井液液柱壓力，MPa；pp為地層孔隙壓力，MPa；η為有效應(yīng)力系數(shù)；v為泊松比；θ為井周角，°；rw為井眼直徑，m；r為井壁附近任一點(diǎn)的半徑，m；αb為井眼方位角，°；βb為井斜角，°。

1.1.2 孔隙壓力引起的附加應(yīng)力

利用多孔彈性模型，可將孔隙壓力變化引起的附加應(yīng)力場(chǎng)［7］表示為

其中

基于半透膜等效孔隙壓力理論［8］，可將地層的化學(xué)勢(shì)差等效為孔隙壓力的變化。

地層孔隙壓力分布還與水力壓差、溫度等因素相關(guān)［9］，p(r，t)的表達(dá)式為

式中，p(r，t)為t時(shí)r處的地層孔隙壓力，MPa；Im為膜效率，無(wú)因次；Rn為氣體分子常數(shù)8.314 J/(mol · K)；V為水的偏摩爾體積，L/mol；T為絕對(duì)溫度，K；am為鉆井液濾液活度；as為地層流體活度；p0為原始地層壓力，MPa；c為地層流體擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；c0為地層熱擴(kuò)散系數(shù)m2/s；c′為耦合系數(shù)，m2/s；Tw為鉆井液溫度，℃；T0為原始地層溫度，℃。

1.1.3 裂縫滲流引起的附加應(yīng)力

裂縫滲流引起的附加應(yīng)力［10］在井眼極坐標(biāo)系下可表示為

式中，δ為滲透系數(shù)，井壁滲流時(shí)δ=1，井壁不滲流時(shí)δ=0；φ為孔隙度，%。

1.1.4 溫差作用引起的熱應(yīng)力

基于線彈性理論、熱傳導(dǎo)理論以及胡克定律，得到由溫差作用引起的井周附加應(yīng)力［11］表示為

其中Tf(r,t)=T(r,t)-T0

T(r,t)可采用疊加法求得并表示為［9］

式中，αm為地層巖石受熱膨脹系數(shù)，℃-1；T(r,t)為t時(shí)r處的地層溫度，℃；Twt為t時(shí)刻的鉆井液溫度，℃，Tw,i-1為第i-1次疊加后的地層溫度，i=1時(shí)為地層初始溫度，℃；ti為第i次疊加的時(shí)刻，s。

1.1.5 井壁圍巖主應(yīng)力計(jì)算

通過(guò)應(yīng)力疊加原理將原地應(yīng)力、水力壓差產(chǎn)生的應(yīng)力、化學(xué)勢(shì)差引起的附加應(yīng)力、溫差作用下引起的熱應(yīng)力、裂縫滲流引起的滲流應(yīng)力進(jìn)行疊加，得到井筒極坐標(biāo)系下總的應(yīng)力分布。

井壁處(r=rw)的應(yīng)力為

利用式(9)可以得到井壁圍巖上任一點(diǎn)的應(yīng)力，轉(zhuǎn)換為主應(yīng)力即可用于巖石破壞準(zhǔn)則。已知單元體6個(gè)應(yīng)力分量，主應(yīng)力可通過(guò)下列井壁應(yīng)力矩陣特征值方程得到。

其中

再利用Biot有效應(yīng)力理論得到有效主應(yīng)力，表示為

1.2 地層裂縫面處應(yīng)力計(jì)算

斜井井壁巖石單元受力如圖1所示。

圖1 斜井井壁巖石單元的應(yīng)力分布Fig.1 Stress distribution of rock unit on the wall of deviated well

由式(11)可知井壁處徑向應(yīng)力為一個(gè)主應(yīng)力。分析圖1井壁巖石受力狀態(tài)可得，井壁處正應(yīng)力σ與剪應(yīng)力τ可用軸向應(yīng)力σz、切向應(yīng)力σθz、周向應(yīng)力σθ、夾角Ω表示為

令dσ/dΩ=0，得到最大主應(yīng)力作用面與斜井井軸的夾角Ω為

最大主應(yīng)力的方向向量在井眼直角坐標(biāo)系中表示為

J在大地坐標(biāo)系中表示為［3］

其中

式中，I′，j′，k′為井眼直角坐標(biāo)軸方向上的單位向量；i，j，k為地層坐標(biāo)系坐標(biāo)軸方向上的單位向量。

建立大地坐標(biāo)系(Xe,Ye,Ze)與裂縫面坐標(biāo)系(Xf,Yf,Zf)如圖2所示。傾向角為ω、傾角為γ的地層裂縫面上的法向矢量為

得到最大主應(yīng)力與裂縫法向的夾角為

圖2 全局坐標(biāo)系與裂縫面坐標(biāo)系空間關(guān)系Fig.2 Spatial relationship between global coordinate and fracture surface coordinate

裂縫面上任一點(diǎn)的正應(yīng)力σn、剪應(yīng)力τf與主應(yīng)力σ1和σ3之間的關(guān)系為

式中，β為裂縫與最大主應(yīng)力σ1的夾角，β=π/2+α，°；α為裂縫外法線方向與最大主應(yīng)力σ1之間的夾角，°。

2 巖石破壞準(zhǔn)則及坍塌壓力求解

2.1 含裂縫面地層破壞準(zhǔn)則

地層裂縫面內(nèi)聚力幾乎為0，當(dāng)裂縫面間剪應(yīng)力大于滑動(dòng)摩擦力時(shí)地層發(fā)生破壞，因此含裂縫地層破壞準(zhǔn)則為

結(jié)合式(18)得

式中，fs為地層裂縫面滑動(dòng)摩擦因數(shù)，無(wú)因次。

2.2 地層坍塌壓力計(jì)算模型求解過(guò)程

基于室內(nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)得到油頁(yè)巖地層地應(yīng)力及地層孔隙壓力，根據(jù)地層坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算得到油頁(yè)巖地層井壁圍巖的應(yīng)力分布，通過(guò)主應(yīng)力求解矩陣，得到井壁圍巖地層三個(gè)方向的主應(yīng)力σ1、σ2、σ3和最大主應(yīng)力σ1與井軸方向的夾角Ω，通過(guò)油頁(yè)巖地層裂縫的產(chǎn)狀參數(shù)，得到裂縫面法線的方向矢量，求得最大主應(yīng)力σ1與地層裂縫面夾角β。將井壁圍巖應(yīng)力、巖石內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角代入Mogi-Coulomb準(zhǔn)則，通過(guò)累加迭代法得到不含裂縫面的地層坍塌壓力；將地層井壁圍巖應(yīng)力、油頁(yè)巖地層裂縫面的摩擦因數(shù)代入裂縫面破壞準(zhǔn)則，根據(jù)累加迭代法求解得到含裂縫面的地層坍塌壓力。圖3為地層坍塌壓力計(jì)算流程圖。

3 實(shí)例應(yīng)用分析

ZH凹陷油頁(yè)巖地層的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

3.1 裂縫產(chǎn)狀對(duì)井壁穩(wěn)定的影響

用裂縫的傾角和傾向表征ZH凹陷裂縫油頁(yè)巖地層的裂縫產(chǎn)狀，取裂縫面的傾向ω為180°，傾角γ為40°，地層裂縫面摩擦因數(shù)為0.2，其他計(jì)算所用參數(shù)如表1所示。ZH凹陷硬脆性裂縫油頁(yè)巖地層坍塌壓力當(dāng)量密度隨井眼軌跡(方位角、井斜角)的變化如圖4、圖5所示。

圖3 地層坍塌壓力計(jì)算流程圖Fig.3 Flow chart of calculating the formation collapse pressure

表1 硬脆性裂縫油頁(yè)巖地層基本數(shù)據(jù)Table 1 Basic data of hard and brittle fractured oil shale

圖4 ZH凹陷硬脆性裂縫油頁(yè)巖地層坍塌壓力云圖Fig.4 Cloud map of the collapse pressure of hard and brittle fractured oil shale in ZH sag

圖5 井眼軌跡對(duì)ZH凹陷油頁(yè)巖地層坍塌壓力的影響Fig.5 Influence of hole trajectory on the collapse pressure of oil shale in ZH sag

由圖4、5可知，對(duì)ZH凹陷油頁(yè)巖地層而言，井眼軌跡對(duì)地層井壁穩(wěn)定性有影響，不同方位角下的地層坍塌壓力隨井斜角的變化趨勢(shì)基本一致，井斜角較小時(shí)，井斜方位角對(duì)地層坍塌壓力影響較小，隨著井斜角增大，井斜方位對(duì)地層坍塌壓力的影響逐漸增大。

3.2 化學(xué)勢(shì)差對(duì)井壁穩(wěn)定的影響

3.2.1 化學(xué)勢(shì)差對(duì)地層孔隙壓力的影響

取鉆井液柱壓力與地層壓力相等，鉆井液溫度與地層溫度相等，膜效率為0.1，其余計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。用半徑與井眼半徑的比值r/rw表征徑向距離。圖6為鉆井液活度取值0.95與0.8時(shí)地層孔隙壓力的分布規(guī)律。

圖6 不同井眼鉆開(kāi)時(shí)間下地層孔隙壓力隨徑向距離的變化Fig.6 Variaion of formation pore pressure with the radial distance at different wellbore opening time

從圖6可以看出，地層水活度小于鉆井液活度時(shí)，在化學(xué)勢(shì)差作用下，鉆井液流入地層，地層壓力升高；在井眼附近地層孔隙壓力最大，化學(xué)勢(shì)差使得井壁處的孔隙壓力增大了1.5 MPa，隨著徑向距離的增加，孔隙壓力逐漸降低，當(dāng)徑向距離增大到一定值后地層孔隙壓力趨于原始地層壓力；隨著時(shí)間的增加，化學(xué)勢(shì)差的影響距離增大，相同的徑向距離處的地層孔隙壓力逐漸升高，一定時(shí)間后地層孔隙壓力增幅減小。高活度的鉆井液在不同程度上升高了油頁(yè)巖地層孔隙壓力，因此高活度的鉆井液會(huì)使該地層更易坍塌。而當(dāng)?shù)貙铀疃却笥阢@井液活度時(shí)，地層流體流入井筒，地層壓力減??；井壁處的地層孔隙壓力最小，化學(xué)勢(shì)差使得井壁處的孔隙壓力減小了2.1 MPa，隨著徑向距離的增加，地層孔隙壓力逐漸升高，當(dāng)徑向距離增大到一定值后地層孔隙壓力趨于原始地層壓力；隨著時(shí)間的增加，化學(xué)勢(shì)差的影響距離增大，相同的徑向距離處的地層孔隙壓力逐漸減小，一定時(shí)間后地層孔隙壓力增幅減小。低活度的鉆井液在不同程度上降低了油頁(yè)巖地層孔隙壓力，增加了地層的井壁穩(wěn)定性。

3.2.2 化學(xué)勢(shì)差對(duì)地層坍塌壓力影響規(guī)律

取鉆井液溫度與地層溫度相等，膜效率為0.1。沿最小水平地應(yīng)力方向(αb=120°)鉆進(jìn)時(shí)，化學(xué)勢(shì)差對(duì)ZH凹陷油頁(yè)巖地層坍塌壓力的影響規(guī)律如圖7所示。

圖7 不同井斜角時(shí)地層坍塌壓力隨井眼鉆開(kāi)時(shí)間的變化Fig.7 Variation of formation collapse pressure with the wellbore opening time at different hole deviation angles

由圖7可知，隨著井眼鉆開(kāi)時(shí)間增加，坍塌壓力當(dāng)量密度整體增加，鉆井液活度為0.95、井斜角為90°時(shí)，打開(kāi)井眼10 d，地層坍塌壓力當(dāng)量密度從0.89 g/cm3增加到了1.36 g/cm3；而當(dāng)鉆井液活度為0.8、井斜角為90°時(shí)，打開(kāi)井眼10 d，地層坍塌壓力當(dāng)量密度從0.89 g/cm3增加到了1.32 g/cm3。因此，使用低活度的鉆井液使得ZH凹陷油頁(yè)巖地層坍塌壓力降低，利于井壁穩(wěn)定。

3.3 水力壓差對(duì)井壁穩(wěn)定的影響

3.3.1 水力壓差對(duì)地層孔隙壓力的影響

水力壓差取鉆井液柱壓力與原始地層壓力的差值。鉆井液密度取1.25 g/cm3，地層滲透系數(shù)取0，其他計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。鉆井液與地層流體活度、溫度相同時(shí)，保持鉆井液柱壓力不變，不同鉆開(kāi)時(shí)間下ZH凹陷油頁(yè)巖地層孔隙壓力隨徑向距離變化規(guī)律如圖8所示。

圖8 水力壓差作用下的地層孔隙壓力隨徑向距離的變化Fig.8 Variaion of formation pore pressure with the radial distance under the action of hydraulic pressure difference

由圖8可知，水力壓差作用下，地層孔隙壓力在井壁處最大達(dá)到了42.1 MPa，隨著徑向距離的增加，地層孔隙壓力逐漸降低，當(dāng)井徑增大到一定距離后地層孔隙壓力趨于原始地層壓力；地層孔隙壓力隨時(shí)間整體升高，一定時(shí)間后地層孔隙壓力增幅減小。

3.3.2 水力壓差對(duì)地層坍塌壓力的影響

計(jì)算地層坍塌壓力時(shí)，水力壓差因代入的鉆井液密度不同而改變。在鉆井液水力壓差作用下沿著最小水平地應(yīng)力方向鉆進(jìn)時(shí)，不同井斜角下，ZH凹陷油頁(yè)巖地層坍塌壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖9所示。

圖9 只考慮水力壓差作用時(shí)地層坍塌壓力隨井眼鉆開(kāi)時(shí)間的變化Fig.9 Variation of formation collapse pressure with the wellbore opening time while considering the action of hydraulic pressure difference only

由圖9可知，水力壓差作用下，地層坍塌壓力隨井眼鉆開(kāi)時(shí)間整體上升；當(dāng)井斜角為90°時(shí)，油頁(yè)巖地層坍塌壓力當(dāng)量密度由0.88 g/cm3上升到1.25 g/cm3所用時(shí)間為3.5 d，需要提高鉆井液密度保持井眼穩(wěn)定。鉆直井時(shí)，ZH凹陷油頁(yè)巖地層鉆開(kāi)10 d后，坍塌壓力值由0.78 g/cm3升高到1.2 g/cm3，時(shí)間一定時(shí)，隨著地層井斜角的升高，地層坍塌壓力逐漸升高。

3.4 裂縫滲流對(duì)井壁穩(wěn)定的影響

3.4.1 裂縫滲流對(duì)地層孔隙壓力的影響

一般情況井壁存在泥餅，不考慮滲流，但裂縫存在使泥餅失效，因此取地層滲透系數(shù)為1，即存在滲流?？紤]水力壓差與裂縫滲流共同作用，取鉆井液活度0.9，鉆井液溫度68 ℃，其余參數(shù)見(jiàn)表1，計(jì)算得到地層孔隙壓力隨井徑與時(shí)間的變化見(jiàn)圖10。

圖10 存在裂縫滲流時(shí)地層孔隙壓力隨徑向距離的變化Fig.10 Variaion of formation pore pressure with the radial distance in the case of fracture seepage

對(duì)比圖8與圖10可知，地層裂縫滲流使得地層孔隙壓力升高，在井壁處達(dá)到最大值42 MPa，在相同的徑向距離處，井眼打開(kāi)時(shí)間與地層孔隙壓力呈正相關(guān)，隨著井眼打開(kāi)時(shí)間的增加，地層坍塌壓力的增大幅度值逐漸減小；隨著徑向距離增加，孔隙壓力逐漸降低，最后趨于原始地層壓力。

3.4.2 裂縫滲流對(duì)地層坍塌壓力的影響

在沿最小水平地應(yīng)力方向鉆進(jìn)時(shí)，裂縫滲流對(duì)地層坍塌壓力的影響見(jiàn)圖11，可以看出，ZH凹陷油頁(yè)巖地層坍塌壓力在水力壓差與裂縫滲流作用下，隨井眼鉆開(kāi)時(shí)間增大而升高；井斜角90°、井眼打開(kāi)10 d時(shí)坍塌壓力升高至1.38 g/cm3，比水力壓差單獨(dú)作用時(shí)的坍塌壓力升高0.04 g/cm3(圖9)，因此滲流使地層坍塌壓力升高，不利于地層穩(wěn)定。

圖11 存在裂縫滲流時(shí)地層坍塌壓力隨井眼鉆開(kāi)時(shí)間的變化Fig.11 Variaion of formation collapse pressure with the wellbore opening time in the case of fracture seepage

3.5 溫度差對(duì)井壁穩(wěn)定的影響

保持鉆井液柱壓力與地層壓力相等，即不存在水力壓差作用，保持鉆井液活度為0.9，地層巖石受熱膨脹系數(shù)為11.93×10-6℃-1，熱擴(kuò)散系數(shù)為1.5×10-3m2/s，熱耦合系數(shù)為0.01 MPa/K，其他計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1，計(jì)算不同溫度下ZH凹陷油頁(yè)巖地層孔隙壓力及坍塌壓力。

3.5.1 溫度變化對(duì)地層孔隙壓力的影響

鉆井液溫度為48、88 ℃時(shí)，ZH凹陷油頁(yè)巖地層孔隙壓力在不同時(shí)間不同位置處的變化規(guī)律如圖12所示。可以看出，當(dāng)鉆井液溫度低于地層溫度時(shí)，鉆井液與井壁作用一定時(shí)間后，隨著徑向距離的增加，地層孔隙壓力先減小后增大最后趨于原始地層壓力；隨著鉆井液與井壁作用時(shí)間增加，溫度對(duì)地層孔隙壓力的影響逐漸減弱。此結(jié)果說(shuō)明當(dāng)鉆井液溫度低于地層溫度時(shí)可以使地層孔隙壓力降低，對(duì)井壁穩(wěn)定起積極作用。當(dāng)鉆井液溫度高于地層溫度時(shí)，鉆井液與井壁作用時(shí)間一定時(shí)，隨著徑向距離的增加，地層孔隙壓力先升高后減小最后趨于原始地層壓力。使用溫度高的鉆井液使油頁(yè)巖地層孔隙壓力升高，不利于油頁(yè)巖地層井壁穩(wěn)定。

圖12 不同溫差及井眼鉆開(kāi)時(shí)間時(shí)地層孔隙壓力隨徑向距離的變化Fig.12 Variaion of formation pore pressure with the radial distance at different temperature differences and wellbore opening time

3.5.2 溫度變化對(duì)地層坍塌壓力的影響

井眼沿著最小水平地應(yīng)力方向鉆進(jìn)，鉆井液溫度為48、68、88 ℃時(shí)，在溫度差作用下，地層坍塌壓力隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖13所示?？梢钥闯?，當(dāng)鉆井液溫度為48 ℃時(shí)，ZH凹陷油頁(yè)巖地層在水力壓差與溫度的共同作用下，地層坍塌壓力隨著時(shí)間的增加先減小后逐漸增大，鉆井液溫度低于地層溫度是坍塌壓力降低的主要因素，水力壓差的作用大于溫度差對(duì)地層坍塌壓力的影響導(dǎo)致一段時(shí)間后坍塌壓力增大，溫度影響ZH凹陷油頁(yè)巖地層坍塌壓力的作用更迅速；在井斜角為90°時(shí)，對(duì)比48、68 ℃曲線，井眼打開(kāi)10 d后溫度差使地層坍塌壓力下降了0.03 g/cm3,因此溫度低的鉆井液可以改善井壁穩(wěn)定性。當(dāng)鉆井液溫度為88 ℃時(shí)，地層坍塌壓力隨著時(shí)間的增大而升高，這是因?yàn)榇藭r(shí)的溫度與水力壓差都促進(jìn)油頁(yè)巖地層坍塌壓力升高，當(dāng)方位角為120°、井斜角為90°時(shí)，鉆井液與油頁(yè)巖地層接觸10 d時(shí)，地層坍塌壓力升高至1.38 g/cm3，對(duì)比68 ℃曲線，地層坍塌壓力升高了0.04 g/cm3，因此，溫度較高的鉆井液不利于井壁穩(wěn)定。

圖13 不同溫度差及井斜角時(shí)地層坍塌壓力隨井眼鉆開(kāi)時(shí)間的變化Fig.13 Variaion of formation collapse pressure with the wellbore opening time at different temperature differences and hole deviation angles

4 結(jié)論

(1)基于滲流理論、半透膜等效孔隙壓力理論、熱傳導(dǎo)理論、多孔彈性理論及巖石力學(xué)理論，得到了裂縫油頁(yè)巖井周應(yīng)力分布，構(gòu)建了含裂縫面巖石破壞準(zhǔn)則，建立了流-固-化-熱井壁穩(wěn)定多場(chǎng)耦合模型。

(2) ZH凹陷裂縫油頁(yè)巖井眼打開(kāi)初期，化學(xué)勢(shì)、水力壓差、裂縫滲流、溫度等因素對(duì)油頁(yè)巖井壁處的應(yīng)力狀態(tài)改變明顯，井壁坍塌發(fā)生在近井壁地層。

(3)對(duì)于鉆探井斜角較小的井來(lái)說(shuō)，井斜方位角對(duì)坍塌壓力影響較小，隨著井斜角增大，井斜方位對(duì)坍塌壓力的影響逐漸增大。方位角一定時(shí)，井斜角越大地層坍塌壓力越高，井斜角為90°時(shí)，井壁巖石最容易發(fā)生坍塌失穩(wěn)。

(4)使用低活度低溫鉆井液可以弱化ZH凹陷油頁(yè)巖地層巖石的滲流作用，對(duì)井壁巖石應(yīng)力狀態(tài)影響較小，達(dá)到減緩地層坍塌壓力升高的目的，利于井壁穩(wěn)定。