于洋，陳軍海 ，李丹丹 ，易浩，曾義金 ，李鑫

1 中國(guó)石化西北油田分公司，烏魯木齊 830011

2 頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206

3 中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 102206

四川、新疆等地區(qū)深井超深井鉆井中，硬脆性地層井壁圍巖崩落掉塊頻繁，造成鉆井阻卡嚴(yán)重，更是存在井壁瞬時(shí)大量掉塊填埋鉆具現(xiàn)象，已使多口超7000 m的重點(diǎn)井多次側(cè)鉆或井眼報(bào)廢，成為了制約深層超深層油氣鉆探的關(guān)鍵難題之一。傳統(tǒng)井壁失穩(wěn)理論主要考慮巖石強(qiáng)度、巖石組構(gòu)特征、地應(yīng)力等關(guān)鍵因素，分析得到維持井壁穩(wěn)定的坍塌壓力，據(jù)此設(shè)計(jì)鉆井液性能與密度[1-5]，硬脆性地層巖石普遍具有強(qiáng)度高、水敏性弱等特征，傳統(tǒng)井壁失穩(wěn)理論分析該類地層井壁穩(wěn)定性較好，使得設(shè)計(jì)的鉆井液密度較低，無法平衡井壁坍塌壓力，造成該類地層鉆開后井壁圍巖持續(xù)崩落掉塊，現(xiàn)場(chǎng)只能依靠經(jīng)驗(yàn)提高鉆井液密度，并不能有效解決井壁圍巖掉塊，甚至?xí)蜚@井液密度過高加劇掉塊或引起地層破裂漏失。筆者針對(duì)井壁崩落掉塊最為頻繁的灰?guī)r、白云巖、頁(yè)巖等硬脆性地層開展巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，巖石破壞時(shí)存在瞬間爆裂、體積破碎、巖塊呈不規(guī)則裂開等現(xiàn)象，并伴有不同程度的響聲，類似于礦山開采、隧道開挖等工程中的巖爆現(xiàn)象，說明該類地層具有巖爆傾向，將地層此種特征考慮到井壁失穩(wěn)研究中至關(guān)重要。

巖爆是在高地應(yīng)力條件下，隧道、礦山等地下工程開挖過程中硬脆性圍巖因開挖卸荷導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，從而使儲(chǔ)存于巖體中的彈性應(yīng)變能突然釋放，產(chǎn)生爆裂、松脫、顆粒彈射甚至拋擲等破壞現(xiàn)象的一種動(dòng)力災(zāi)害[6]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)地下工程開挖巖爆問題進(jìn)行了比較系統(tǒng)研究，從強(qiáng)度理論、能量理論、沖擊傾向性理論和時(shí)間相關(guān)性理論等方面揭示了巖爆發(fā)生機(jī)理[6-9]，根據(jù)巖爆時(shí)巖體破壞變形程度給出了巖爆烈度分級(jí)[10-13]。從巖性角度給出了強(qiáng)度脆性指數(shù)、彈性能量指數(shù)、巖爆能量比法等十余種評(píng)價(jià)巖爆傾向性方法[14-24]，其中，強(qiáng)度脆性指數(shù)R與彈性能量指數(shù)W最為常用，并且針對(duì)淺部地層工程開挖中的砂巖、灰?guī)r、花崗巖、大理巖等巖性給出了巖爆傾向性定量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，一般認(rèn)為R＜10時(shí)無巖爆，10≤R＜18為中等程度巖爆，R≥18為強(qiáng)烈?guī)r爆；W＜2時(shí)無巖爆，2≤W＜5為中等程度巖爆，W≥5為強(qiáng)烈?guī)r爆[25]。但石油鉆井的地層埋藏深，巖性、巖石力學(xué)特征及應(yīng)力條件等地層環(huán)境更加復(fù)雜，有必要基于隧道、礦山等地下工程開挖巖爆理論，開展深層超深層硬脆性地層的巖爆行為及傾向性判別方法研究，針對(duì)該類地層進(jìn)行合理分類，進(jìn)而指導(dǎo)深井超深井鉆井中硬脆性地層井壁失穩(wěn)機(jī)制及防控理論方法研究。

本文基于巖爆理論，聚焦井壁崩落掉塊最為頻繁的灰?guī)r、白云巖、頁(yè)巖等硬脆性地層，系統(tǒng)開展了巖石壓縮和抗拉巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)比分析巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)中巖石破壞形態(tài)及特征，進(jìn)行了巖爆烈度分類，并采用巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)R和彈性能量指數(shù)W進(jìn)行了巖爆傾向性綜合分析，建立了R和W與巖石單軸抗壓強(qiáng)度間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，找出了基于R和W的巖爆傾向性定量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，提出了一套深井超深井鉆井中硬脆性地層的井壁圍巖巖爆傾向性及分級(jí)判別方法。

1 巖爆烈度分級(jí)及傾向性判斷模型

1.1 巖爆烈度分級(jí)

對(duì)于礦山開采、隧道開挖等工程，巖爆烈度是巖石爆破對(duì)地下洞室、礦山坑道或礦體本身產(chǎn)生的直接破壞，以及由此誘發(fā)的其他礦區(qū)、地面建筑等間接破壞。對(duì)于石油鉆井，硬脆性地層井壁圍巖巖爆則是產(chǎn)生巖石崩落掉塊、井壁垮塌等不同程度的井下復(fù)雜情況，進(jìn)而給鉆井帶來阻卡、埋鉆具、井眼報(bào)廢等不同嚴(yán)重程度的復(fù)雜事故。因此，需要進(jìn)行巖爆烈度分級(jí)，以支撐井下復(fù)雜及事故的判別。

巖爆烈度分級(jí)是描述巖爆強(qiáng)烈程度與破壞規(guī)模的指標(biāo)，通常簡(jiǎn)稱為巖爆分級(jí)，巖爆分級(jí)主要側(cè)重于實(shí)際的表觀現(xiàn)象，即根據(jù)巖爆發(fā)生時(shí)巖體爆裂面的形態(tài)特征、破壞程度、聲學(xué)特征等方面進(jìn)行分級(jí)。巖爆烈度一般分為3級(jí)：(1) 輕微巖爆活動(dòng)：巖石有松脫和破裂，有微弱發(fā)自巖石的聲音。(2) 中等程度的巖爆活動(dòng)：有不容忽視的巖石脫落、拋射，塊度較大，并伴隨有明顯爆裂聲。(3) 嚴(yán)重的巖爆活動(dòng)：巖石瞬時(shí)發(fā)生嚴(yán)重崩落，崩落巖石多為小塊體與小巖片，具有強(qiáng)烈爆裂聲，聲響劇烈。

1.2 巖爆傾向性判斷模型

除了基于巖爆表觀現(xiàn)象進(jìn)行巖爆行為定性判別及分級(jí)外，還可以通過能量理論來定量判斷巖爆傾向性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的巖爆分級(jí)。能量理論認(rèn)為巖爆發(fā)生需滿足2個(gè)條件：一是能量條件，巖石破壞時(shí)釋放的能量除滿足破壞需要外，有剩余的能量使巖石發(fā)生剝離或彈射；二是強(qiáng)度條件，巖石所處的應(yīng)力水平較高，能夠使巖石發(fā)生破壞。但能量理論對(duì)巖性及巖石結(jié)構(gòu)特征等條件描述并不充分，工程實(shí)踐表明巖爆通常發(fā)生在結(jié)構(gòu)完整的硬脆性地層中。綜合能量理論和工程實(shí)踐，選取巖石彈性能量指數(shù)、強(qiáng)度脆性指數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)用于巖爆評(píng)價(jià)。

(1) 彈性能量指數(shù)W

彈性能量指數(shù)W是Neyman于1972年根據(jù)煤礦問題提出來的[26]，由于其概念明確、方法簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在巖爆傾向性判斷中應(yīng)用較多。如圖1，將樣品單軸加載到其抗壓強(qiáng)度Sc的70%～80%，然后卸載到抗壓強(qiáng)度的5%，卸載所釋放的彈性應(yīng)變能為φsp，耗散的彈性應(yīng)變能為φst，二者的比值即為彈性能量指數(shù)W。

圖1 彈性能量計(jì)算示意圖Fig.1 Schematic diagram of elastic energy calculation

彈性能量指數(shù)也稱為沖擊傾向指數(shù)，其值越大，破壞時(shí)釋放的能量越大。巖石的積累彈性應(yīng)變能是巖爆發(fā)生的主要內(nèi)部因素，從能量學(xué)觀點(diǎn)考慮，巖爆過程是圍巖積聚彈性應(yīng)變能的釋放過程，聚集的能量越多，發(fā)生巖爆時(shí)釋放的能量就越大，巖爆烈度就越強(qiáng)，而彈性應(yīng)變能的聚集能力可采用彈性應(yīng)變能指數(shù)定量判定。

(2) 巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)R

由于巖爆通常發(fā)生在脆性巖石中，巖爆發(fā)生不僅與巖石的單軸抗壓強(qiáng)度有關(guān)，也與巖石抗拉強(qiáng)度關(guān)系密切，因此，根據(jù)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度Sc和抗拉強(qiáng)度St的比值，評(píng)價(jià)巖石的巖爆傾向性。

式中，Sc——巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；St——巖石抗拉強(qiáng)度，MPa。

一般來說，R越大說明巖石的脆性越大，則巖爆發(fā)生的傾向性越大。

巖石彈性能量指數(shù)W反映能量條件，巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)R反映巖性及強(qiáng)度條件，兩項(xiàng)指標(biāo)相互獨(dú)立、互為補(bǔ)充，綜合兩者可以對(duì)巖爆發(fā)生的可能性進(jìn)行較為全面的描述。

2 實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

為了研究深井超深井硬脆性地層井壁圍巖巖爆行為特征，實(shí)驗(yàn)選取了中國(guó)南方龍馬溪組、臨湘組、洗象池群等層位的不同埋深的頁(yè)巖、灰?guī)r、白云巖，取心深度為2032.15 m～7299.23 m，系統(tǒng)開展巖石單軸壓縮及抗拉巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，均采用國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)推薦標(biāo)準(zhǔn)方法。巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)采用Φ25 mm×50 mm標(biāo)準(zhǔn)試樣，巖樣端面平整度控制在0.02 mm以內(nèi)；抗拉實(shí)驗(yàn)采用直徑為25 mm±1 mm圓柱，厚度切割為直徑的0.25～0.75倍。

巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)TerraTek公司巖石力學(xué)三軸應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，軸向加載方式采用應(yīng)變加載控制，加載速率為10-6mm/s，測(cè)試時(shí)全程監(jiān)測(cè)軸向和徑向應(yīng)變?？估瓘?qiáng)度實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)TerraTek公司巴西劈裂儀，加載速率為0.035～0.05 MPa/s。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本次研究針對(duì)不同深度的頁(yè)巖、灰?guī)r及白云巖開展了41組單軸抗壓及抗拉實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。根據(jù)巖樣破裂后的形態(tài)及破裂時(shí)響聲，對(duì)巖爆劇烈程度進(jìn)行直觀分成3種類型：弱巖爆、中等巖爆、強(qiáng)巖爆，并統(tǒng)計(jì)在表1中。

表1 巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of rock mechanics experiments

(1) 弱巖爆

巖爆形態(tài)表現(xiàn)為巖石破裂形成多條裂縫，多沿弱面結(jié)構(gòu)破碎，巖樣主體結(jié)構(gòu)依然完整，常伴有微弱破裂聲音，如圖2(a)所示。

(2) 中等巖爆

巖爆形態(tài)表現(xiàn)為巖石破裂形成大尺寸塊體斷裂，斷口鋒利，呈現(xiàn)典型的斷裂特征，并伴有明顯的破碎爆裂聲音，如圖2(b)所示。

(3) 強(qiáng)巖爆

巖爆形態(tài)表現(xiàn)為塊體由片狀逐漸過渡為不規(guī)則塊體，在較小的應(yīng)變下突然崩裂為較小塊體群體，巖樣主體呈現(xiàn)典型的碎裂型態(tài)，常伴有強(qiáng)烈的破碎爆裂聲音，如圖2(c)所示。

圖2 巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的不同巖爆劇烈程度表現(xiàn)形態(tài)Fig.2 The different fracture pattern of rock burst intensities in uniaxial compression test

通過應(yīng)力—應(yīng)變曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)巖爆程度與全應(yīng)力—應(yīng)變具有一定的關(guān)聯(lián)性，具體表現(xiàn)為：(1) 對(duì)于不發(fā)生或發(fā)生弱巖爆巖樣，在達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度之后，巖樣通過體積變形持續(xù)吸收軸壓能量，體現(xiàn)在應(yīng)力—應(yīng)變曲線上為應(yīng)力緩慢降低，軸向及徑向應(yīng)變擴(kuò)大明顯，應(yīng)力—應(yīng)變曲線平滑下降，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)的殘余應(yīng)力，如圖3(a)所示；(2) 對(duì)于中等巖爆巖樣，應(yīng)力—應(yīng)變曲線在達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度之后，曲線有明顯的跌落，跌落值在20%～60%之間不等，但由于巖樣主體結(jié)構(gòu)保持完整，仍具有一定吸收軸向應(yīng)力的能力，應(yīng)力—應(yīng)變曲線在瞬間跌落后有小幅上升，并最終能夠達(dá)到穩(wěn)態(tài)的殘余應(yīng)力，如圖3(b)所示；(3) 對(duì)于發(fā)生強(qiáng)巖爆巖樣，隨著軸壓的增加，巖石不進(jìn)入塑性屈服階段，由彈性階段直接達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度，巖石迅速崩裂，應(yīng)力—應(yīng)變曲線瞬間跌落，很多時(shí)候會(huì)跌落至零點(diǎn)，巖樣無法通過擴(kuò)容吸收多余能量，持續(xù)增加軸壓，應(yīng)力—應(yīng)變曲線不再增長(zhǎng)，如圖3(c)所示。

圖3 不同等級(jí)巖爆應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of different rock burst grades

3 巖爆傾向性綜合分析

3.1 巖爆傾向表征指數(shù)分析

(1)彈性能量指數(shù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制不同井深的巖樣巖爆分級(jí)與巖石彈性能量指數(shù)關(guān)系散點(diǎn)圖，如圖4所示雖然數(shù)據(jù)分布具有一定的離散性，但彈性能量指數(shù)W一定程度反映了巖爆的發(fā)生傾向，總體而言：(1)W＜2為弱巖爆；(2) 2≤W＜3.7為中等巖爆；(3)W≥3.7為強(qiáng)巖爆。

圖4 彈性能量指數(shù)與巖爆等級(jí)關(guān)系分布圖Fig.4 Distribution diagram of the relationship between elastic energy index and rock burst degree

對(duì)于處于線彈性狀態(tài)下的巖體來說，外力所作的功與巖體內(nèi)部所存儲(chǔ)的彈性能基本相等，耗散能近似于0。而在巖石(峰后)破壞過程中，巖體內(nèi)彈性能的增加會(huì)低于外力所作的功，因而耗散能大于0。耗散能的一部分消耗于巖石內(nèi)部損傷的發(fā)展，其余部分則轉(zhuǎn)化為巖體的聲能、熱能及動(dòng)能等形式，這種聲能及動(dòng)能的能量形式與工程中的巖爆現(xiàn)象是相關(guān)的，因此，耗散能的幅值越高，則可能發(fā)展為巖體動(dòng)力破壞的能量就越多，巖爆的可能性也就越高。但考慮到巖石破裂巖儲(chǔ)能能力不同(多與巖石抗壓強(qiáng)度與歷史所受圍壓性能相關(guān))，且?guī)r爆發(fā)生時(shí)所需能量不同，另外，受巖石非均質(zhì)性的影響，巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)應(yīng)力—應(yīng)變曲線也會(huì)存在差異性，彈性能量指數(shù)W計(jì)算要求高，因此，通過彈性能量指數(shù)判斷巖爆發(fā)生傾向具有一定的局限性。

(2) 強(qiáng)度脆性指數(shù)

根據(jù)巖石的抗壓及抗拉強(qiáng)度計(jì)算得到巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)R，圖5為不同井深的巖樣巖爆程度與巖石強(qiáng)度脆性指標(biāo)關(guān)系散點(diǎn)圖，可以看出R值越大，巖石脆性越大，破壞過程中釋放的能量和巖爆發(fā)生的趨勢(shì)都更大。具體分級(jí)：(1)R＜6對(duì)應(yīng)于弱巖爆，應(yīng)力降特征明顯，多為深部縱裂爆破能量釋放所致；(2) 6≤R＜7.5對(duì)應(yīng)于中等巖爆，拉伸破壞和剪切破壞導(dǎo)致大顆粒不規(guī)則塊體和巖石碎塊銳利破裂；(3)R≥7.5對(duì)應(yīng)于強(qiáng)巖爆，拉伸破壞和剪切破壞共同作用，在小應(yīng)變下突然破裂成相對(duì)較小的巖塊顆粒群。

圖5 巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)與巖爆等級(jí)關(guān)系分布圖Fig.5 Distribution diagram of the relationship between rock strength brittleness index and rock burst degree

因此，在地應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造等其他條件一致時(shí)，巖石的脆性強(qiáng)度指標(biāo)越高，巖石的脆性越強(qiáng)，越容易發(fā)生巖爆；利用巖石的單軸抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的比值，能夠較好的評(píng)價(jià)巖石的巖爆傾向性。

3.2 巖爆傾向性綜合分析

在深/超深井硬脆性地層中，井壁圍巖力學(xué)特征是影響巖爆發(fā)生的基本條件，特別是巖石的抗壓強(qiáng)度，而且?guī)r石單軸抗壓強(qiáng)度是比較容易獲取的一個(gè)巖石力學(xué)參數(shù)，因此，可以建立彈性能量指數(shù)、強(qiáng)度脆性指數(shù)與巖石單軸抗壓強(qiáng)度間的關(guān)系，有利于達(dá)到巖爆傾向性定量分析的目的。同樣，進(jìn)一步探索彈性能量指數(shù)與強(qiáng)度脆性指數(shù)交互關(guān)系、不同巖性巖石的巖爆傾向性，可以促進(jìn)深井超深井硬脆性地層井壁圍巖巖爆傾向性判別方法建立。

(1) 巖石彈性能量指數(shù)與單軸抗壓強(qiáng)度交互關(guān)系分析

利用巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制了巖石彈性能量指數(shù)W與單軸抗壓強(qiáng)度Sc間交互關(guān)系圖版(見圖6)，通過回歸得到了彈性能量指數(shù)與單軸抗壓強(qiáng)度間的關(guān)系模型：

式中，Sc——巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。

從圖6可以看出，該關(guān)系式對(duì)弱巖爆的符合率較高，但中等巖爆及強(qiáng)巖爆的定量分析具有誤差較大。

圖6 巖石彈性能量指數(shù)與單軸抗壓強(qiáng)度交互關(guān)系Fig.6 The relationship between rock elastic energy index and uniaxial compressive strength

(2) 巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)與單軸抗壓強(qiáng)度交互關(guān)系分析

圖7是繪制的巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)R與單軸抗壓強(qiáng)度Sc交互圖版，可以看出巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)與單軸抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系：

圖7 強(qiáng)度脆性指數(shù)R與單軸抗壓強(qiáng)度交互關(guān)系圖Fig.7 The relationship between rock strength brittleness index and uniaxial compressive strength

式中，Sc——巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。

可以看出，巖石的單軸抗壓強(qiáng)度越高，其儲(chǔ)能性質(zhì)越好，強(qiáng)度脆性指數(shù)越高，可能發(fā)生的巖爆程度越高。整體而言，該模型對(duì)于弱巖爆、中等巖爆具有較好的符合率，對(duì)于強(qiáng)巖爆則誤差較大。

(3) 巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)與彈性能量指數(shù)交互關(guān)系分析

進(jìn)一步探索了巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)R與彈性能量指數(shù)W交互關(guān)系，圖8為繪制二者之間的交互圖版，強(qiáng)度脆性指數(shù)R與彈性能量指數(shù)W存在如下關(guān)系。

從圖8可以看出，強(qiáng)度脆性指數(shù)R與彈性能量指數(shù)W交互關(guān)系可以更好的定量分析巖爆傾向性及進(jìn)行巖爆分級(jí)，對(duì)于弱巖爆、中等巖爆、強(qiáng)巖爆均具有較好的符合性。

圖8 強(qiáng)度脆性指數(shù)與彈性能量指數(shù)交互關(guān)系Fig.8 The relationship between rock strength brittleness index and elastic energy index

(4) 3種巖性巖石的巖爆傾向性分析

繪制了白云巖、灰?guī)r、頁(yè)巖3種巖性的巖石單軸抗壓強(qiáng)度Sc及強(qiáng)度脆性指數(shù)R間的交互關(guān)系圖，見圖9，可以看出，頁(yè)巖基本分布于為弱巖爆區(qū)域，灰?guī)r在弱巖爆、中等巖爆和強(qiáng)巖爆均有分布，規(guī)律性不強(qiáng)，白云巖則處于中等巖爆及強(qiáng)巖爆區(qū)?？傊?種巖性巖石發(fā)生巖爆傾向性的順序?yàn)椋喊自茙r＞灰?guī)r＞頁(yè)巖。

圖9 3種巖性巖石的強(qiáng)度脆性指數(shù)與單軸抗壓強(qiáng)度交互關(guān)系Fig.9 The relationship between uniaxial compressive strength and strength brittleness index of three types of lithological rocks

通過上面分析可以看出，利用巖石單軸抗壓強(qiáng)度可以較好的獲取強(qiáng)度脆性指數(shù)、彈性能量指數(shù)，但，強(qiáng)度脆性指數(shù)與單軸抗壓強(qiáng)度間的關(guān)聯(lián)性更好。另外，利用強(qiáng)度脆性指數(shù)及彈性能量指數(shù)間的交互關(guān)系更加利于巖爆傾向性判別。

3.3 硬脆性地層井壁圍巖巖爆傾向性判別方法

綜合本次開展石油鉆井中井壁圍巖易發(fā)生崩落掉塊的白云巖、灰?guī)r、頁(yè)巖巖爆傾向性研究，初步給出了深井超深井硬脆性地層巖爆傾向性判別方法，見表2。依據(jù)該巖爆傾向性判別方法可以解釋深井超深井硬脆性地層井壁圍巖頻繁崩落掉塊及瞬時(shí)垮塌現(xiàn)象，為有效制定有效的防控措施提供科學(xué)依據(jù)。

表2 深井超深井硬脆性地層巖爆傾向性綜合因素分級(jí)表Table 2 Classification of comprehensive factors of rock burst tendency in deep hard/brittle formations

4 結(jié)論與建議

(1) 巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明，石油工業(yè)深井超深井鉆井中遇到的硬脆性地層井壁圍巖崩落現(xiàn)象可以用巖爆理論解釋。利用巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)巖石的破裂程度、聲響等表觀特征可以針對(duì)巖爆烈度進(jìn)行合理的分級(jí)。

(2) 基于巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)確定的巖石強(qiáng)度脆性指數(shù)R與彈性能量指數(shù)W表明，R值及W值越高，巖爆烈度越高，且R值及W值與巖爆分級(jí)之間具有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以對(duì)深井超深井鉆井中硬脆性地層井壁圍巖巖爆傾向性進(jìn)行判別與分級(jí)。本研究表明，白云巖巖爆傾向性更高,與實(shí)鉆井壁失穩(wěn)情況一致。

(3) 利用巖石單軸抗壓強(qiáng)度可以求取強(qiáng)度脆性指數(shù)、彈性能量指數(shù)，綜合利用強(qiáng)度脆性指數(shù)與彈性能量指數(shù)交互分析可以實(shí)現(xiàn)巖爆傾向性定量判別及分級(jí)，可以針對(duì)深井超深井鉆遇的硬脆性地層進(jìn)行合理分類。

(4) 本研究探索給出了石油鉆井中硬脆性地層井壁圍巖巖爆傾向性判別方法，還需要考慮復(fù)雜的鉆井工況及地質(zhì)環(huán)境等因素，系統(tǒng)開展井壁失穩(wěn)機(jī)制及防控理論方法研究，進(jìn)而解決硬脆性地層井壁崩落掉塊難題。