摘要：油气井井身结构目前为止是我国石油转变经济发展的方式，是实施节能减排的一项新举措。在油气井井身结构中，力学对它以及井壁有着许多的影响，本文就是对此进行分析。
　　关键词：岩石力学井壁稳定油气井井身结构
　　
　　
　　随着我国石油的不断开发与利用，使得油气井井身结构成为了我们石油转就变经济发展的方式，以及成为实施节能减排的一项新举措。为了能够更好的了解油气井井身结构的体质，我们对此进行了研究，首先从岩石力学与井壁稳定之间的联系，对井身结构的影响，再对井壁和井身结构在岩石物理和化学方面的影响进行分析，下面我们就具体来看：
　　1.油气井井身结构
　　油气井井身结构是指采油目的层以上井段须下入专用套管的层次、深度以及相应的井眼（钻头）尺寸。它是由导管、表层套管、技术套管、生产套管以及水泥组成。其中导管它的主要作用是在钻井一开始建立泥浆循环，保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的洗井液体冲垮，并保证井口正常钻井，一般它的下入深度是在2—40M，主要取决于第一层的坚硬岩石所在的位置。而表层套管这主要作用在鉆井中用以巩固上部比较疏松易塌的不稳定岩层，并且可用于安装防喷器等井口设备，并控制钻开高压层时可能发生的井喷现象，它一般下入的深度在30-1500M，是取决于上部疏松岩层的位置。至于技术套管它主要作用在钻井中用以封隔某些难以控制的复杂地层，以便能顺利的钻达预定的生产目的层。而生产套管的作用是用以封隔油、气、水层，保证油井的顺利生产，并保护井壁，隔断上履地层和油层的通路，在套管内形成举升油气的良好通道。其井身结构的设计内容有：1、油气层与井眼连通方式选择一目的层段井身结构形式；2、钻井必封段确定和封固/处理方法优选-非目的层段井身结构形式；3、整个井筒的总体结构尺寸选配。
　　2.岩土力学
　　岩土力学是运用力学原理和方法来研究岩石的力学以及与力学有关现象的一门新兴科学，它不仅仅是与国民经济基础建设、资源开发、环境保护、减灾防灾有着密切的联系，还具有重要的实用价值，并且也是力学和地学相结合的一个基础学科。在井壁稳定中，岩土力学主要是起到制定保持井壁力学稳定的泥浆密度窗口和确定井壁的机理这个两个任务。前者主要表现在进行井身结构的优化和确定合理泥浆密度上，后者主要表现在优化泥浆性能以及制定合理钻井对策上。一般来说，泥浆密度太低会导致井壁岩石发生剪切破坏而坍塌掉块的现象，因为当井内泥浆密度较小时，就不能对井壁提供足够的去支撑，将会使井壁岩石所受的应力超过其本身的强度产生剪切破坏而造成井壁坍塌。当然除了井内泥浆密度较小会使井壁失稳之外，密度过太也会使井壁失稳，因此适当的合理的调控好井内泥浆密度是很有必要的。那么如何去控制密度呢，这就要从它的计算来说起了，一般的安全泥浆密度的计算方法是以孔隙弹塑性力学为基础的均质地层井壁稳定性分析理论和计算方法基本成熟。
　　3.井壁稳定
　　目前我国在石油钻井中，井壁稳定问题是普遍存在的问题了，每一年由这方面造成的直径经济损失达数亿美元之巨的，因此我们对此做了许多的研究。井壁稳定在钻井之前，深埋在地下的岩层受到上覆岩层压力、最大水平地应力、最小水平地应力和孔隙压力的共同作用，处于平衡状态。同理，打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁岩石失去了原有的支持地，取而代之的是泥浆静液的压力，在这样的一种新型条件下，井眼应力将产生重新分布，使井壁附件产生非常高的应力集中，当然，如果岩石强度不够强大的话，就会出现井壁不稳定的现象了。
　　井壁失稳的问题一般可分为缩径、井漏、井塌和井喷四种情况，都是于井眼压力的大小有关，井眼越小井壁岩石就会发生延性流动，井眼压力越大就会出现井喷事故。而井壁一旦失稳就会出现起下钻遇阻，甚至卡钻、大钩负荷加大、划眼、扭矩加大、循环时返出岩屑棱角分明以及测井井径扩大的现象。
　　3.1井壁不稳定的原因
　　井壁不稳定的因素有很多，比如：当井眼内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度而产生剪切破坏，这就是井眼坍的现象，而这个时候的临界井眼压力定义为坍塌压力；当泥浆密度过高时，井壁上就会产生拉伸应力，当拉伸应力大于岩石的抗拉强度时，就会产生拉伸破坏，而这个时候的临界井眼压力就会被定义为破裂压力。因此在我们的工程实际中，可以通过调整泥浆的密度来改变井眼附近的应力状态，以达到稳定井眼的目的。然而除了泥浆的密度能造成井壁失稳之外，岩石的破坏也会给井壁失稳带来一定的影响。在井壁失稳时岩石的破坏类型主要有拉伸破坏和剪切破坏两种。而剪切破坏又有分脆性破坏和延性破坏。事实上井壁的稳定与否最终还是都表现在井眼围岩的应力状态的，如果井壁应力超过了强度包线，那么井壁就会被破坏，否则井眼就是稳定的。总得来说，能够影响井壁稳定的因素就是地质力学因素、岩石的综合性质、钻井液的综合性质以及其它工程因素。其中地质力学因素，主要是原地应力状态、地层孔隙压力、原地温度、地质构造特征等不可改变的因素。而岩石的综合性质主要有岩石的强度和变形的特征、孔隙度、含水量、粘土含量、组成和压实情况等因素。至于钻井液的综合性质主要是化学组成、连续相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型是、泥浆体系的维护等因素，特别是对泥页岩和泥质胶结的砂岩，钻井液对它们的物理力学性质的影响是相当大的。而这些因素和参数之间是相互作用作相互影响的，使井壁的稳定问题变得十分复杂。
　　3.2井壁稳定的方法
　　井壁稳定性的方法就目前来说只有三种，分别是：泥浆化学研究、岩石力学研究和化学和力学藕合起来研究。在泥浆化学研究方面我们主要是研究泥页岩水化膨胀的机理，寻找抑制泥页岩水化膨胀的化学添加剂和泥浆体系，最大限度地去减少钻井液对地层方面的负面影响。而岩石力学方面的研究的主要包括原地应力状态的确定、岩石力学性质的测定以及井眼围岩应力的分析等，直到最后确定保持井眼稳定的合理泥浆密度。而化学和力学藕合研究方面主要表现在泥浆化学和岩石力学藕两个方面，是尽可能的去搜集井眼情况资料，以及尽可能的去确定岩石的性能，并确定起主要作用的参数情况。
　　3.3井壁稳定的化学因素研究
　　化学因素一直是井壁稳定的研究方向之一，而针对泥页岩的井壁稳定性研究，在很早以前，大多数的人都是认为井壁失稳的原因是由于岩石的原始强度不足以抵抗破坏应力所致的，所以一直把井壁失稳问题看成是一个纯力学的问题，然而直到20世纪中期，人们才发现导致泥页岩井壁失稳的关键并不仅仅是在岩石的原始强度，还有在于泥页岩与泥浆的接触致使的泥页岩水化。20世纪60年代后期，我国学者就开始对泥页岩水化进行了研究，主要是在化学作用的影响问题上和粘土矿物上进行了研究，与此同时，也得出了相应的成果，比如：多孔介质物质方面有粘土矿物的组成、基本结构和晶体光学性质三种；另外在粘土矿物的水化作用和粘土矿物与各种离子间的相互作用方面，还有粘土矿物的物理化学性质的变化，以及流体在多孔介质的流动及影响等方面，这些都是为钻井中泥页岩水化问题研究提供了一个合理的平台。然而对泥页岩化水的研究主要是对泥页岩进行了水化膨胀压的实验测量，并将该膨胀压表示的数值示为页岩内水活度的函数。经过我们实践的研究得出了活度平衡概念，且提出了相对的建议，在这个施工过程中最好是采用高浓度盐水为内相、油为连续相的油包水平衡活度泥浆，这样才能更好的防止页岩水化。对于有微小裂缝的页岩，加上物理和化学上的作用使得油基泥浆的临界毛管压力非常之高，以至于整个液柱的压力全部压在了井壁上，促成了物理方法降滤失稳定井壁技术的问题。
　　4.结束语
　　综上所述，我们可看出，岩石力学与井壁稳定之间有着至关重要的联系，对井身结构的影响也非常的大，并且在有岩石物理和化学方面的研究也是很必须的，岩石的物理和化学方面对井壁和井身结构有着相当
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　　作者簡介：
　　张甲六（1984—），硕士，新疆化工设计研究院有限责任公司，助理工程师。