井壁稳定研究进展
存在问题与研究思路
1.理论体系不完善，化学性能对力学性能影响的定量表征-化学断裂力学
建立微观尺度岩石断裂、裂隙形成的化学断裂力学耦合模型，构建井壁围岩裂隙萌生、发展和失稳的全过程化学力学耦合理论模型
2．井壁围压状态评价不完善，控制方法针对性不强-分类分级
建立井壁围岩状态的评价方法，找准钻井过程中井壁围岩所处物理力学状态，实现分类分级设计和控制
2.1.岩石的化学断裂模型
井壁围岩损伤的本质
井壁围岩区域发育有原生及卸载诱导的微裂纹，钻井液体系易侵入并驱动微裂纹不断扩展演化，同时伴随结构的损伤与力学性能劣化。
吸附作用诱导裂纹尖端的动力学扩展
处在化学介质流体中的脆性裂纹尖端，由于其微观构造导致存在有大量活性吸附位，活性粒子如K+会在裂尖发生化学吸附，致使裂尖的界面能改变，裂尖断裂发生动力学扩展
吸附作用诱导裂纹尖端的动力学扩展
处在化学介质流体中的脆性裂纹尖端，由于其微观构造导致存在有大量活性吸附位，活性粒子如K+会在裂尖发生化学吸附，致使裂尖的界面能改变，裂尖断裂发生动力学扩展
裂尖处活化结合键位发生化学吸附，裂尖界面能的改变可由Gibbs吸附方程和langmuir等温吸附方程给出裂尖扩展速率
影响因素分析
温度：温度提高，裂尖扩展速率越快
浓度：K+具有明显的抑制效果，浓度越高，裂尖扩展速率越慢
粘土种类：伊利石对K+的依赖程度，敏感程度更高，较小的浓度就可以实现完全抑制；
化学断裂力学认识：
①广义超深硬岩水敏性的实质是岩石微裂隙萌生与扩展
②水化是指流体作用下缝尖吸附发生的准平衡扩展速率
控制井壁失稳目标：
①源头控制井壁围岩原生裂隙初始化学断裂
②强化表面能，降低准平衡裂尖扩展速率，即控制损伤增量为负
2．2．井壁围岩分类体系构建
井壁围岩分类
提出了利用水敏性矿物、破碎程度、强度应力比和钻井液扰动指标对井壁围岩分类，为井壁围岩分级调控提供基础。
岩石水敏性划分方法
利用神经网络算法，结合地层能谱测井资料，建立了复杂地层水敏性矿物识别模型，为井壁围岩分类表征提供基础参数
岩体破碎程度表征
提出了利用地层破碎程度来表征井壁围岩结构特征，建立了基于声波动力学的破碎指标预测模型。实验发现，岩心裂缝数量越多，纵波波速越小，破碎程度指标越大，验证了模型的合理性
高应力判别指标
提出利用强度应力比来衡量地层应力状态，改变传统采用绝对应力表征的局限。强度应力比越小，地应力级别越高，井壁失稳风险越高
开展了部分井验证，与实际工况符合度较好，能反映出井壁失稳的程度与类型
2.3.井壁失稳分级控制设计
设计理念
微观尺度：源头控制井壁围岩原生裂隙初始化学断裂，抑制性
细观尺度：控制井与微裂缝内的压差，阻止裂隙扩展、岩石强度弱化，封堵性
宏观尺度：井壁微裂缝发育成网，岩石离开本体，井壁坍塌，液柱压力支护
阻止压力传递诱发裂缝扩展与贯穿-细观
降低钻井液总驱动力，抑制细观裂缝扩展，控制岩石力学强度弱化，提出了细观尺度封堵-抑制扩展为核心的封堵控稳方法
防止井壁失稳的钻井液密度设计-宏观
建立了考虑底层破碎程度的井壁稳定模型，获得了裂缝扩展是井壁失稳的主因，发现了坍塌压力窗口，解开了高密度钻井液不能实现井壁稳定的困惑，形成了坍塌压力当量密度窗口设计方法
技术思路：
传统：钻前（地震，精度有限）、钻后（测井、滞后分析）、随钻（监测不完善，失稳类型不清）
本方法：建立数字化岩屑识别与岩石力学模拟方法，准确识别失稳类型和把握岩石力学特征，判别钻井液性能和密度的合适性
3.现场随钻监测不完善，失稳类型和岩石力学特征需要实时确定-随钻调控
建立数字化岩屑识别和岩石力学模拟方法。准确识别失稳类型和把握岩石力学特征，判别钻井液性能和密度的合适性。
3.1.井壁围岩钻前分类
钻前通过井震融合信息，获得三维体井壁围岩特征，随钻过程基于信息约束，实时更新井壁围岩基本特征，为井壁稳定随钻提供基础数据
3.2.井壁失稳模式判别
明确了拉伸、剪切、层理滑移和天然裂缝开启破坏四种典型井壁失稳模式，建立了裂片状、角状、平板状和块状掉块与井壁失稳模式的对应关系
井壁失稳模式随钻识别
建立了基于特定物理特征提取改进Mask R-CNN的掉块类型识别模型，实现了智能识别井壁失稳模式
井壁失稳模式随钻识别APP
开发网页和手机APP识别模块，现场通过手机拍照即可对井壁失稳模式进行判别，快速给生产提出初步对策
井壁失稳模式随钻识别APP
与分类分级结果对照验证其准确性，确定井壁失稳类型及主控因素
3.3.井壁围岩关键力学参数分析
岩石数字孪生模拟流程
针对随钻过程中无法获取围岩力学参数的难题，提出了基于岩屑的岩石数字孪生模拟流程与方法，实现了井壁围岩力学参数的动态获取。
岩屑矿物纳米压痕
通过纳米压痕仪器测试得到岩屑矿物的载荷-位移曲线。考虑材料弹性体积可压缩，基于修改的单一曲线假设全量理论，偏应力和偏应变的本构关系，实现了岩屑的数字建模
岩石力学数字孪生模拟-模型验证
数字孪生与室内实验对比：参与数字孪生模拟计算的微观图像越多，结果与室内实验越吻合，实现了随钻过程岩石力学特征实时确定
钻井卸载对井壁围岩的影响
发现包含石英的白云岩在卸载后更易产生微裂缝，如钻井液为1.45g/cm3，相当于围压从原始地应力230MPa卸载至130MPa，石英周围出现更多的微裂缝，导致初始损伤的形成
钻井卸载对井壁围岩的影响
通过对卸载过程微裂缝统计，发现石英周围生成的裂缝数量最多，而方解石周围易形成长裂缝。石英周围的微裂缝导致井壁围岩渗透率增大，钻井液进入地层诱发坍塌压力增大。
3.4.钻井液密度与性能调控
钻井液性能调控
利用便携式矿物组分分析仪和连续划痕仪，快速分析井下掉块矿物组成以及钻井液对岩石强度的影响规律，为钻井液密度与性能优化提供依据
钻井液性能调控
建立了钻井液密度、性能与井壁垮塌程度的定量关系，根据随钻测试结果，油基钻井液对泥岩强度仍然存在弱化作用，提高封堵性减弱钻井液对岩石强度弱化幅度
