<储层地质力学>压缩剪切破坏导致的井壁崩落原理解析

为什么井壁崩落一定产生在水平最小地应力方向？井壁崩落一定能准确指示出水平最小地应力的方位吗？当井周围岩存在孔洞、裂缝时，井壁坍塌位置方位会发生改变吗？Zoback院士从理论上进一步证明了这一理论的可靠性，如下图所示，对于直井井壁处的周向应力，水平最大和水平最小地应力方向的差值是水平最大地应力与水平最小地应力差值的4倍；这一发现证明井眼的存在大大扩大了地应力各向异性的影响，这就导致其他影响因素成为次要因素，4倍的地应力差值是控制井壁崩落和裂缝产生位置的主控因素。

Zoback院士根据几千口已钻井的井壁崩落或诱导缝的方位预测了整个区块的地应力方位分布地图，如下图所示，由于井眼对地应力异性的扩大作用，在几百米的井段，井壁崩落方位预测的水平最小地应力方位误差不会超过10°。

课程还用Mohr圆解释了防止井壁崩落垮塌的物理意义，如下图所示，对于直井，通常径向有效应力为井周最小主应力，周向应力为井周最大主应力，采用Mohr-Coulomb准则判断井周围压的压缩剪切破坏临界状态。

在剪应力与正应力坐标系，当井内液柱压力与孔隙压力相同时，径向有效应力为0，绘制Mohr圆如下图较大的半圆所示，此时当地层岩石强度较高时，井周围岩受力未达到临界破坏条件，处于稳定状态；当地层岩石强度较低时，Mohr圆与临界破坏包络线相交，岩石已发生剪切失稳。

那么采取什么措施防止井周围岩的剪切破坏呢？如下图较小的Mohr圆所示，增大井内液柱压力，径向有效应力增大，而周向有效应力减小，此时Mohr 圆半径减小，岩石受力状态未达到临界破坏包络线，防止了井壁崩落，合理确定钻井液密度是防止井壁垮塌和破裂的主要措施。