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摘要
在四川、新疆等地区深井、超深井钻井过程中,硬脆性地层易发生持续崩落掉块,导致频繁卡钻。基于传统井壁失稳理论,现场主要采用逐步提高钻井液密度的方式应对该复杂难题,但效果并不理想,一些深度超过7000 m的重点油气井在提高钻井液密度后,井壁崩落掉块现象不但没有减缓,反而会瞬时垮塌而填埋钻具,很多井只能侧钻,甚至还有一些井井眼报废。由于缺乏理论支撑,硬脆性地层井壁崩落掉块难题一直无法有效防控,成为了制约深井超深井的钻井关键难题之一。本文基于硬脆性地层井壁崩落掉块现象与隧道开挖等工程中的岩爆情况相似,聚焦灰岩、白云岩、页岩等井壁崩落掉块较为频繁的硬脆性地层,通过开展大量单轴压缩及抗拉岩石力学实验,结合单轴压缩实验中岩石的破坏形态、破碎程度、声响等直观情况,基于岩爆理论,将该类地层分成了弱岩爆、中等岩爆、强岩爆3个岩爆倾向等级,并采用强度脆性指数R和弹性能量指数W进行了综合分析,建立了基于岩石单轴抗压强度的强度脆性指数R和弹性能量指数W求取模型,确定了判别岩爆倾向等级的R及W区间值,提出了一套深井超深井钻井中硬脆性地层岩爆倾向性及分级综合判别方法。研究表明,本文研究的3种岩性的岩爆倾向性顺序为:白云岩>灰岩>页岩,与现场井壁崩落掉块难易程度及现象一致,验证了本文硬脆性地层岩爆倾向性及分级综合判别方法的合理性,为基于硬脆性地层分类的井壁失稳防控理论方法研究提供了坚实铺垫。
