钻头破岩诱发井壁失稳机制——以准噶尔盆地玛湖凹陷金龙区块为例OA

井壁失稳是油气钻井工程中亟待解决的工程难题,而传统井壁稳定性预测聚焦于钻井液-围岩物理化学作用,钻头破岩诱发的井周裂缝系统常被简化甚至忽略。为系统揭示钻头破岩诱发井壁失稳的内在机制,以准噶尔盆地玛湖凹陷JLX井为例,基于离散元法建立了牙轮钻头单齿破岩模型,结合钻头对地层的冲击、压碎与剪切作用,进而构建了考虑钻头破岩诱发裂缝的离散裂缝网络-离散元耦合井壁稳定性预测方法,探究了不同岩性与钻头转速下的井壁稳定性。研究结果表明:①钻头破岩诱发裂缝与天然裂缝连通,形成钻井液侵入的高渗流通道,显著降低裂缝面有效应力并诱发裂缝剪切滑移扩展,破岩诱发裂缝与水化作用共同增加井壁垮塌风险;②相同转速下,泥岩地层破岩产生的井周裂缝长度显著大于砂岩且裂缝长度与钻头转速成正相关;③泥岩地层中钻头转速增加60 r/min,井周塑性区范围扩大28.6%,径向位移增加24.4%,裂缝剪切位移增加32.3%。结论认为,该研究成果将钻头破岩诱发裂缝的动态演化特征系统纳入渗流-应力-水化耦合分析,通过构建天然裂缝与钻头破岩诱发裂缝的双重裂缝网络,揭示了钻头破岩-裂缝贯通-钻井液侵入-围岩水化-塑性区扩展的井壁失稳新机制,为控制钻头破岩所致的井壁失稳提供了理论支撑。