页岩气、页岩油的勘探开发是继煤层气、致密砂岩气等非常规能源之后的又一次能源变革,对此世界各国都开展了相应的理论研究与现场应用。钻井过程中页岩储层的不稳定,主要形式有井壁坍塌、井漏、缩径、卡钻等。储层的不稳定延长了钻井周期,加大了页岩气开发成本。引起井壁失稳的主要原因是钻井过程打破了井壁原有的地应力平衡状态,其次井壁储层岩石的强度会在钻井液等侵入后发生软化,引起井眼周围应力场重新分布,形成应力集中使得岩石的天然裂缝和衍生缝扩展、延伸、贯通,最后导致井壁失稳。此外,由于页岩储层渗透率较低,直井钻井方式已不能满足产能需求,为此只能采用水平井的开采方式来提高产能,但对于水平井在钻遇大斜度井段和水平井段时,地层极易发生坍塌、卡钻等井壁不稳定现象,尤其对于页岩等层理性地层的开发,更加大了对井壁稳定性的要求以及给水平井钻井工艺带来了挑战。所以,分析页岩水平井井壁稳定机理对页岩勘探开发尤为重要。本文从以下四个方面来研究页岩水平井的井壁稳定性:(1)岩土工程中的渗流问题属于非稳态渗流,在钻进过程中,地层孔隙压力的变化,首先给骨架中的有效应力带来改变,从而引起孔隙度、渗透率的变化;其次,上述变化又会带来孔隙压力的变化,因而在岩土工程渗流场分析时不可完全忽略流-固耦合效应。建立孔隙度和渗透率等参数的动态演化模型,实现了完全流-固耦合模型的数值计算,为下文ABAQUS数值模拟提供了理论基础。(2)从力学角度出发,对水平井井壁围岩平面应力状态进行了分析,通过渗流力学理论来计算水平井井壁围岩的应力分布;针对多孔介质的特点,选择莫尔-库伦破坏准则,结合井壁围岩应力计算模型,可以得到围岩的坍塌压力和破坏压力。根据塑性理论研究,可以得到塑性区的范围。(3)岩体是典型的多孔介质,其加载方式和边界条件相对复杂,使得井壁稳定问题通常需要借助有限元方法来求解,借助于ABAQUS有限元软件强大的分析能力来分析地应力差、地层的孔隙压力、地层的强度、钻进的方位角和钻井液密度对页岩水平井的井壁稳定性的影响。(4)根据井壁稳定性力学模型,借助ABAQUS有限元分析软件,对延长组XX井WW地层进行了三维数值模拟,得出了水平井不同钻进时间下井眼附近岩体的应力、位移、孔隙压力和塑性区分布规律。正确认识页岩水平井的井壁围岩稳定机理,有效地控制水平井钻进过程中的井壁失稳的现象。