随着石油勘探开发的不断深入,在衰竭油气层、破碎或弱胶结地层及裂缝发育地层等复杂地层的钻探工作越来越多。由于这些地层的承压能力低,钻井液安全密度窗口窄,在钻进过程中极易造成井眼漏失。井漏一旦发生,不仅延长钻井周期,损失大量钻井液,损害储层,甚至引起井塌、井喷等井下复杂事故,可严重制约油气资源的开发进程及经济效益。现亟需深入研究井眼漏失机理及其预防措施,形成理论指导下的井壁强化钻井液新技术。本文采用理论分析、数值模拟与室内实验相结合的方法,对井壁强化提高地层承压能力进行研究。通过理论分析,总结了易漏失地层承压能力低的原因,并从工程因素和地质因素分析了地层参数、地层流体、钻井参数及钻井液性能等对地层承压能力的影响及作用机理。基于ABAQUS有限元软件,构建了井壁强化二维和三维物理模型,讨论了裂缝扩展及堵漏材料架桥后,近井壁周向应力及裂缝几何形态的变化,分析了井壁强化提高地层承压能力的主要影响因素,包括地应力各向异性、地层物性参数、堵漏材料架桥位置、孔隙压力、井眼压力、钻井液漏速、泥饼质量等要素。采用新型井壁强化模拟实验装置,对数值分析部分结果进行初步实验验证。研究结果表明,地层产生适当裂缝(或裂缝重开启)及堵漏材料在裂缝中形成架桥后,近井壁地层周向应力及裂缝几何形态发生变化,可有利于提高地层承压能力。裂缝扩展或堵漏材料在裂缝内形成架桥后,地层裂缝维持适当的开度越大,缝内流体或桥塞对周围地层的压实程度越严重,在一定程度上井眼压力作用下地层不易再破裂或裂缝重新开启,因而井壁得到强化,地层承压能力可提高。二维模型分析表明,地应力各向异性、孔隙压力、井眼压力等因素对井壁强化效果的影响较大。三维模型分析表明,地层渗透率、泥饼质量及钻井液漏速直接影响裂缝的长度及开度,进而影响井壁强化作用效果。实验研究表明,采用合理复配井壁强化材料,可在裂缝中形成有效封堵支撑,桥塞能承受较大的裂缝闭合应力,可将地层承压能力提高8MPa以上,实现井壁强化提高地层承压能力的目的。