钻井/固井过程中的井筒稳定性控制一直是油气井工程领域的重大技术课题。受井筒结构、储层岩性、地应力格局和孔隙流体等因素影响,近井筒区域变形应力分布极为复杂,所呈现出的随时空变化的非线性力学特性、以及固井水泥环和井壁的渐进损伤和破裂演化,形成了一系列与井筒稳定性控制相关的力学科学与技术难题。本文基于弹塑性损伤理论,考虑软泥页岩非线性力学特性、近井筒区域复杂几何结构、水泥环塑性损伤和孔隙渗流耦合等,对钻井/固井过程中近井筒区域的应力分布和损伤形态进行研究,主要开展了以下几个方面的工作:1.基于塑性应变软化理论,将强度参数软化模型引入Drucker-Prager屈服函数,构建了软泥页岩本构模型。采用更新的拉格朗日格式(UL)描述固体变形,并编写子程序修正渗流过程中的渗透系数,讨论了孔隙渗流对井壁稳定性的影响。2.通过工程算例,研究了钻井过程中软泥页岩井壁损伤与稳定性问题。考虑钻井过程、孔隙渗流耦合、塑性损伤引起的渗透率变化,建立了渗流-应力耦合形式的裸眼井软泥页岩井壁稳定性数值评价模型,研究了流体渗流、泥浆压力、水平应力差、井筒半径等因素的影响。结果表明:渗流-应力耦合效应促进了井壁围岩的塑性损伤,使井壁趋于失稳。当泥浆压力超过储层孔隙压力10%时,渗流-应力耦合效应导致井壁塑性损伤区扩大至少65%。水平应力差的增大会促进井壁塑性损伤区向最小水平主应力方向集中,且损伤区深度增大。井筒半径增大使井壁趋于失稳。3.进一步研究了固井过程中水泥环损伤演化及力学破坏机制。应用水泥环塑性损伤本构模型,数值模拟了固井过程中水泥环损伤演化过程,考虑水泥硬化、水泥环塑性损本构和孔隙渗流耦合,研究了近井筒区域应力分布与水泥环损伤演化规律,讨论了水泥硬化过程、套管内压变化、套管偏心对水泥环损伤的影响。结果表明:水泥硬化阶段,弹性模量增量较小时水泥环在第一界面产生损伤的可能性较小;套管内压增大使水泥环形成放射状径向裂缝;套管偏心导致薄水泥环区环向应力增大,径向损伤集中,形成损伤破裂区。