深部煤岩钻井过程中井壁失稳机理分析

受成煤作用和地质构造运动的影响,煤岩储层/非储层失稳严重,极大影响了安全钻进以及后续的增产改造。认清井壁失稳机理对于安全、高效钻进深部煤岩乃至开发深部煤层气资源具有重要意义。目前的研究大多基于浅部煤岩(800m以浅),且多未考虑非力学作用的影响。煤岩井壁失稳的影响因素主要包括围岩岩石力学性质与裂缝延伸特征,建立合理的数学模型,分别推导深部地层条件下(2000m以深)非力学作用对井壁围压岩石力学性质和裂缝延伸的影响,有助于从本质上揭示深部煤岩井壁失稳机理。论文研究的地质对象是川西坳陷上三叠统须家河组煤岩,工区为新场构造。结合工区煤岩地质特征、地应力以及孔隙流体压力分布,研究深部地层环境对煤岩井壁失稳的影响(主要指高应力的影响)。高应力的压实作用,同时加之煤岩顶/底板岩石透气性较低,地层更容易保持较高孔隙流体压力,非力学作用的影响将会加速井壁围岩的破裂,使得井壁附近裂缝更容易延伸,这些都不利于井壁附近煤岩的稳定。采用应力敏感系数法对煤岩应力敏感性进行评价,基于复化梯形数值积分的方法,引入B&S模型求出原地条件下井壁附近煤岩的裂缝宽度。利用渗流微分方程求出工程条件下钻井液滤液的侵入。基于Trusdell公式求出含气饱和度对煤岩最大抗压强度的影响。考虑非力学作用的情况下,联用Fairhoust方程和摩尔—库伦定理分析原地条件下钻井液安全密度窗口的变化情况；考虑非力学作用的情况下,联用断裂力学方程和DP破坏准则分析原地条件下钻井液安全密度窗口的变化情况。比较两者的优劣,探索深部地层环境下煤岩井壁失稳的主导因素,并结合前人的数据资料,简单探讨煤岩顶/底板岩石失稳对于煤岩井壁失稳的影响。结论表明,无论何种机理主导失稳,非力学作用的影响使得钻井液安全密度窗口相应变窄。这种影响跟孔隙流体压力有关,孔隙流体压力越大,那么钻井液安全密度窗口变窄的幅度越大。因此在深部煤岩钻井工程中,必须重视非力学作用的影响。