超深硬巖地層井壁失穩的動力學分析模型：本征頻率和高應力的影響1)

盧運虎 金 衍 夏 陽 朱婧宇

*(中國石油大學（北京）油氣資源與工程全國重點實驗室，北京 102249)

?(中國石油大學（北京）石油工程學院，北京 102249)

塔里木盆地油氣埋深普遍超過6000 m，是超深油氣勘探開發的重要領域，具有地層埋藏深、高溫、高應力、高孔隙壓力、巖石單軸抗壓強度大于120 MPa 等特點，屬于典型的硬巖地層。鉆井過程中，起下鉆、鉆柱由靜止到旋轉等操作導致井筒壓力發生波動，井壁圍巖易發生坍塌掉塊，呈現突發與頻發等特征，嚴重制約了超深硬巖地層安全鉆井[1]。

前人在井壁穩定模型方面開展了大量的研究工作，為常規地層控制井壁失穩的鉆井液密度與性能設計提供了重要依據，主要體現為兩方面[2-3]：（1）彈塑性力學模型，僅考慮平面應變以及各向同性介質的應變問題[4]，建立了井眼鉆開后長時間尺度下井壁圍巖應力分布公式，結合巖石破壞準則，分析井壁圍巖穩定性，屬于靜力學范疇；（2）孔隙彈性力學模型，建立了井眼鉆開后小時間尺度下流體與固體耦合引起的井壁圍巖孔隙壓力與應力動態演化公式，并未對應變和位移進行計算，偏重鉆井流體傳質過程中擬穩態受力分析。上述兩類主流模型應用較廣，能在一般地層中獲得相對精確的計算結果。后人在此基礎上，根據地層的特殊情況對模型做出相應的改進，使其能較好地應用于超深復雜地層。文獻[5-7]針對深部地層高溫現象引起的熱傳遞、熱對流效應的影響，在彈性力學模型基礎上建立了溫度場–孔隙彈性模型；……