其原因十分复杂，就其主要原因可归纳为力学因素、物理化学因素和工程技术措施等三个方
面，但后两个因素最终均因影响井壁应力分布和井壁岩石的力学性能而造成井壁失稳。

1、

力学因素

1）原地应力状态

原地应力状态是指在发生工程扰动之前就已经存在于地层内部的应力状态，简称为地应

力。一般

认为它的三个主应力分量是铅垂应力分量、最大水平主应力分量和最小水平主应力分量。

地应力的铅垂应力分量通常称为上覆岩层压力，主要由上部地层的重力产生的。
国内外研究表明，水平地应力的大小受上覆岩层压力、地层岩性、埋藏深度、成岩历史、构

造运动情况等诸多因素的影响。其中上覆岩层压力的泊松效应和构造应力是主要影响因素。

由于多次构造运动的结果，在岩石内部形成了十分复杂的构造应力场。根据地质力学的

观点，构造应力大多以水平方向为主，设两个主构造应力分量分别为

“

x、

“

。则总的水平主

应力分量为上覆岩层压力泊松效应产生的压应力与构造应力之和。

若没有构造运动，水平地应力仅由上覆岩层压力的泊松效应引起，为均匀水平地应力状

态。一般情况下存在构造运动，且两个水平主方向上构造应力的大小不等。因此，在一般情况
下，地应力的三个主应力分量的大小是不相等的。由声发射法、差应变法等室内实验方法和应
力释放法、水平压裂法等现场试验方法可以确定出地应力的大小和方向。

2）地层被钻开后所引起的井眼围岩应力状态的变化
地层被钻开之前，地下的岩石受到上覆压力、水平方向地应力和孔隙压力的作用，井壁

处的应力状态即为原地应力状态，且处于平衡状态。孔隙压力指地下岩石孔隙内流体压力。在
正常沉积环境中，地层于正常的压实状态，孔隙压力保持为静液注压力，即为正常地层压力，
压力系数为

1.0。在异常的压实环境中，当孔隙压力大于正常地层压力时称为异常高压地层，

压力系数大于

1.0。当井眼被钻开后，地应力被释放，井内钻井液作用于井壁的压力取代了

所钻岩层原先对井壁岩石的支撑，破坏了地层和原有应力的平衡，引起井壁周围应力的重新
分布。进一步的研究表明，井眼围岩的应力水平与井眼液注压力有关。若钻井液密度降低，井
眼围岩差应力（径向应力减小，切向应力增大）水平就升高。当应力超过岩石的抗剪强度时，
就要发生剪切破环（对于脆弱性地层就会发生坍塌，井径扩大，而对于塑性地层，则发生塑
性变形，造成

缩径

）。相反，当钻井液密度升至一定值后，井壁处的切向应力就会变成拉应

力，当拉伸应力大于岩石的抗拉强度时，就要发生拉伸破坏（表现为

井漏

）。

3）造成井壁力学失稳的原因
钻井过程中保持井壁力学稳定的必要条件是

钻井液液注压力必须大于地层坍塌压力

，且

钻井液的实际当量密度低于与地层破裂压力对应的当量钻井液密度。坍塌压力是指井壁发生
剪切破坏的临界井眼压力，此时的钻井液密度称为坍塌压力的当量钻井液密度。钻井过程中
造成井壁力学失稳的原因可归纳为以下几个方面：

（

1）液注压力小于地层坍塌压力

孔隙压力异常不仅发生在储层中，而且在我国大量钻遇的泥页岩地层中也比较普遍地存

在。在地应力作用地区，非均质的地应力对井壁稳定会产生很大的影响。长期以来，设计钻井
液密度均依据所钻遇油气水层的压力系数，而没考虑易坍塌地层可能存在异常孔隙压力与地
应力，以及所造成的高地层坍塌压力对井壁稳定的影响。在实际钻井过程中，同一裸眼井段
部分地层的坍塌压力往往大于油气水层的孔隙压力。因此，依据这样确定的钻井液密度在高
坍塌压力地层钻进时，井筒中钻井液液注压力就不足以平衡地层坍塌压力（对盐膏层和含盐
膏泥岩则是发生塑性变形的压力），就会造成所钻地层处于力学不为稳定状态，引起井壁坍