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气体钻井的井壁稳定性和出水预测研究，是解决气体钻井适应性评价问题的关键技术，对促进气体钻井技术推广应用、提高钻井速度、加快石油勘探开发具有重要意义。本论文进行了充分的文献调研，回顾了国内外在井壁稳定方面取得的成果并进行了系统总结，指出这些理论方法大都是针对泥浆钻井条件下提出的，分析了目前气体钻井井壁稳定分析中的缺陷所在。对钻前水层预测的研究和存在问题也做了回顾和分析。
借鉴了岩石力学近年来取得的最新实验和理论研究成果，包括全应力－应变曲线和剪切膨胀特性的实验成果、新强度准则的理论研究成果和弹塑性力学分析的最新进展，并将这些基础研究成果应用在气体钻井的井壁稳定性研究中。用FLAC3D软件模拟研究了气体钻井中井壁围岩的渐进破坏过程。井壁围岩可能出现弹性、塑性软化和塑性残余三种状态。把井壁上的围岩刚好进入塑性残余的状态定义为临界塑性状态，是井眼保持稳定的极限状态。指出岩石峰后的应变软化和剪切膨胀特性对临界塑性状态有重要影响。用RFPA2D软件建立了气体钻井井眼稳定的力学模型，通过跟踪声发射信号研究井壁围岩在应力下的损伤演化，从细观损伤力学的角度探讨了气体钻井时井眼稳定的特殊机理、均布载荷和不均布载荷下井眼周围的损伤特点，以及转换介质后井壁失稳的原因。研究发现，气体钻井的井眼稳定存在一个临界损伤状态；在临界损伤状态以内，井眼周围出现一定范围的损伤区，但井眼是稳定的，超过临界状态，损伤区大范围扩展导致井眼失稳；井眼周围损伤区内形成了微裂纹和裂缝，转换介质由于泥浆渗入、压力波动而导致损伤区坍塌。开展了室内真三轴实验，验证了数值模拟研究的结论。引入简化描述岩石全应力-应变曲线的三线性本构模型，考虑应变软化和剪切膨胀特性，采用俞茂鸿提出的统一强度准则，建立了气体钻井井壁稳定分析模型，实现了对气体钻井的坍塌压力、安全系数、损伤区范围大小的定量计算。结合测井解释方法和渗流力学原理，解决了钻前水层预测和出水量计算的问题。开发了“气体钻井井壁稳定分析和钻前出水量预测”的综合评价软件。
研究成果已经应用在玉门青西油田、长庆苏里格气田、普光气田和元坝气田的气体钻井可行性评价中，产生的经济效益和社会效益非常显著。