井壁不稳定是钻井工程中普遍存在的问题且对钻井工程危害极大,也是国内外钻井技术界一直不懈努力攻关的内容。影响井壁稳定的因素有两方面:一方面是钻井液和岩石的化学因素,另一方面是地层力学因素。当前对井壁稳定性研究主要集中在力学和化学的耦合研究。如果用弹性力学-化学耦合模型来设计钻井液密度窗口,这种模型认为井壁一旦出现剪切破坏,就出现井垮,这样设计出的密度窗口较窄,偏向于保守,有时候给施工带来很大困难。本文引入塑性力学,井眼的形成将在井眼周围产生一个应力集中的区域,如果应力集中达到岩石的弹性极限,这个区域将转入塑性状态形成塑性区域。塑性区仍有一定强度,并不会马上出现坍塌或并不会完全坍塌,塑性区的存在将改变井眼周围的应力分布,减小弹性区的应力集中。当塑性区扩大到一定程度,塑性区将不能承受所受压力,井眼将出现垮塌,跨塌后形成新的形状和新的弹塑性区域。随着井眼新的形状和弹塑性区域的形成,井眼周围的应力将重新分布,井眼可能进一步垮塌或最终达到稳定。本文研究和计算了泥页岩井壁周围含水量的变化,井壁周围岩石强度的变化,然后计算了井壁围岩塑性区的边界和塑性区随时间的扩展,并分析了塑性区的坍塌和井眼形状变化。该方法合理地利用了塑性区域的强度,利用该方法得到了允许一定井径扩大率(实际施工过程中允许一定的扩大率)下随时间变化的井眼坍塌压力,该坍塌压力与弹性模型计算的相比有所降低,这对钻井施工和保护油气层意义重大。并自主开发了程序来实现这些计算。利用该软件可以模拟井眼破坏过程和设计钻井液密度窗口。