钻井过程中的井壁稳定性问题是保证钻井安全的关键,三压力剖面的确定对避免井壁失稳具有至关重要的作用。三压力剖面中的孔隙压力和破裂压力是相对明确并易测得的,而坍塌压力的获取则显得比较复杂。如何准确地获取地层坍塌压力,确定出有效的三压力剖面从而找到最佳的钻井液密度,具有非常重要的实用意义。本文以须家河组致密砂岩为例,通过系列岩石力学试验,提出了一种新的确定坍塌压力方法,从而保障钻井过程中的井壁稳定。本文主要研究内容与成果如下:(1)建立了井周应力场数学模型。完整地推导并建立了井壁稳定的力学模型,得到了直井和斜井的井周应力分布状况。编制了 MathCAD程序对数学模型进行了计算,得到了不同情况下的井壁围岩应力分布状况、破坏区域并对该情况的井壁稳定性进行了判断。(2)开展了砂岩岩样基本物性测试及岩石力学试验。通过全岩矿物及粘土矿物分析、岩样微观组构分析、纵横声波速度测试、体式显微镜分析、岩样密度及孔隙度等测试,对实验岩样物性进行分析,确保了实验岩样均质性。开展了砂岩岩石力学试验,基于砂岩单轴压缩试验、单轴拉伸试验、直剪实验和三轴试验,明确了砂岩的弹性模量、抗压强度、纵横波速等岩石力学参数随围压的变化规律。(3)确定了连续切线包络线中的参数。利用须家河组砂岩三轴试验数据,通过相邻两圆作公切线,并利用数据拟合确定了函数的相关参数,得到了内聚力与内摩擦角随围压变化的数学表达式。(4)利用MathCAD程序,对比分析了传统方法和连续切线包络线方法确定的岩石力学参数对井壁稳定性的影响;同时分析了地应力以及井眼轨迹对井壁稳定性的影响;利用须家河组砂岩实验数据对几种不同的确定岩石力学参数方法进行了计算,进而求取了坍塌压力,并对结果进行了比对分析。研究表明通过连续切线包络线确定的岩石力学参数对准确获取地层坍塌压力具有显著的现场指导意义。