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1 井壁失稳的因素
1.1 物理化学因素对井壁稳定的影响
与井壁不稳定有关的物理化学因素主要有泥页岩的水化作用。泥页岩中一般有伊利石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物成分。当钻井液中的水吸附在泥页岩中粘土的表面时，岩石会吸水膨胀。当井眼内钻井液密度较低，泥页岩的膨胀压力达到一定值时，井眼就会被破坏，出现缩径现象；当膨胀压力超过泥页岩的屈服强度时，就会发生水化剥落，井眼扩径等现象[1]。
1.2 地层力学因素对井壁稳定的影响
钻井过程就是一个以钻井液代替井眼岩石承受本应由岩石承受的应力的过程。由于三种大小不同的主应力支撑的岩石被三向应力相同的钻井液所代替，并且一般情况下钻井液所能提供的压力低于三种主应力中最小的应力，因此，井眼的局部应力会发生变化。这种应力的变化会使井壁岩石发生变形甚至破裂。从井壁失稳的岩石力学分析出发，任何一口油气井开钻前原地应力就已经存在于地层岩石中。在未开钻之前，地下岩石受上覆岩层压力、水平地应力以及地层空隙压力的作用而处于平衡状态。开钻后，钻井液柱压力取代了本来由被钻开岩层提供的支撑而打破了这种平衡，会引起岩石应力的重新分布，如果这种重新分布的应力超过岩石抗压强度或者抗拉强度就会导致井壁失稳。
1.3 钻井液对井壁稳定的影响
目前国内外的钻井液技术水平基本上可以满足钻井作业的要求，但仍然面临着很大的问题，其中钻井液对井壁稳定的影响就是其中非常重要的一项，包括膨润土含量、钻井液滤液的侵入量、侵入液的性质、钻井液的造壁性与流变性、钻井液密度、钻井液的性能大起大落。当钻井液密度和粘度维护不佳，水力参数和流变参数不当时，都极易加剧井壁失稳。
1.4 钻井工艺对井壁稳定的影响
由于钻井过程中各个环节都是相互关联的，因此工程方面的因素也会对井壁的稳定性产生影响。包括井身质量、钻机操作不当、钻井液柱压力降低、卡钻事故、钻具的机械碰撞。
1.5 地层温度对井壁稳定的影响
随着现在超深井工艺的日渐成熟，越来越多的井的深
度达到几千米甚至上万米，在地层深部温度可达几百摄氏
度。较高的温度对钻井液的性能影响很大。钻井液从井底返回至地面时，钻井液的温度和压力会随着钻井液的流动不断变化，如果地层坍塌压力和地层破裂压力之间压力差较小，小于循环压耗，就会出现井漏和井涌现象。从而出现井壁失稳现象。岩石也会随着温度的升高而发生膨胀，同样有可能导致井壁垮塌。
2 防止井壁失稳的对策
2.1 严格控制当量钻井液密度和浸泡时间
通过井壁不稳定力学和水化影响研究等确定钻井液密度安全窗口；将钻井液流变参数控制在设计范围之内；设计合理钻井液环空返速；减小激动压力；井壁不稳定是与浸泡时间密切相关的，应提高钻速，减少非生产作业时间，尽量缩短裸露地层的浸泡时间，因为地层受钻井液浸泡的时间越长，发生井塌的可能性越大。
2.2 钻井液应具有良好的封堵性
对于硬脆性裂隙发育地层，钻井液的封堵性应好，能快速优质的封堵以减少水的进入，减少水化引起的强度降低，避免“水锲作用”和水化产生的“推挤作用”带来的不利影响，还能减少孔隙压力传递。因此选择合适的封堵材料尤为重要[2]。
2.3 增强体系的抑制性，控制钻井液失水和pH值
水进入泥页岩地层不可能完全避免，但如果钻井液体系具有良好的抑制性，侵入水也不会使泥页岩快速、显著的水化，可以减少或避免由于水化导致的井壁失稳；提高滤饼质量，尽量降低HTHP失水，严格控制HTHP失水小雨10mL。
3 结论和建议
1）严格控制钻井液密度和粘度，添加剂的性质。2）优化钻井工艺技术，缩短钻井周期。
3）设计合理的井身结构，降低钻井周期，防止钻井液长时间侵泡井壁。
4）充分利用测井资料了解地层岩性，选择合理的钻井液体系。
参考文献
[1]王中华.钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识[J].断块油气田，2009，16（1）：89-91.
[2]徐同台.井壁稳定技术研究现状及发展方向[J].钻井液与完井液，1997，14（4）：36-43.
井壁稳定的影响因素及预防措施
罗威 尹宝福
西安石油大学石油工程学院 陕西 西安 710065
摘要：引起井壁失稳的因素很多，本文从物理化学因素、地层因素、地层岩性、钻井液因素和工程因素等方面了解井壁失稳的机理，并提出解决井壁失稳的办法。
关键词：钻井液 井塌 防塌
Influential factors and preventive measures of wellbore stability
Luo Wei，Yin Baofu
School of Petroleum Engineering of Xi ’an Shiyou University ，Xi ’an 710065，China
Abstract：The mechanism of wellbore instability is discussed in this article in terms of the drilling fluid，engineering，formation，lithology，physical and chemical factors. Solutions are offered as well.
Keywords：drilling liquid；well-hole collapse；collapse prevention
工程地质学 读书报告 题目：斜坡稳定性及其评价方法学号：20111002833 班级：01211 姓名：李海亮 指导老师：熊承仁
斜坡稳定性及其评价方法 斜坡是地壳表面所有拥有侧向临空的地质体。在各种内外营力的作用下，其坡角坡高不断变化，从而坡体中的作用位置也随之改变，若形成坡体的岩土体不适应这种应力分布时，就造成了坡体的变形破坏。斜坡稳定性与人类生产生活及生命财产息息相关，因此，对斜坡稳定性的研究及评价有利于预防地质灾害的发生，及避免生命财产的损失。 一斜坡稳定性及其影响因素 影响斜坡稳定性的因素复杂多样，有自然的和人为的，其中主要是斜坡岩土类型和性质﹑岩体结构和地质构造﹑风化﹑水的作用﹑地震和人类工程活动等。 各种因素主要从三方面影响着斜坡的稳定。第一方面影响斜坡岩土体的强度，如岩性﹑岩体结构﹑风化和水对岩土的软化作用等。第二方面影响着斜坡的形状，如河流冲刷﹑地形和人工开挖斜坡﹑填土等。第三方面影响着斜坡的内应力状态，如地震﹑地下水压力﹑堆载和人工爆破等。他们的负影响表现在增大下滑力而降低抗滑力，促使斜坡向不稳定方向转化。 上述诸因素中，岩土的类型性质﹑岩土体结构是最主要的因素，其他因素通过它才能起作用。根据各因素对斜坡稳定性的影响程度，可将它分为两大类：一类为内部因素，是长期起作用的因素，有岩土的类型和性质﹑地质构造和岩体结构﹑风化作用﹑地下水活动等；另一类为外部因素，是临时起作用的因素，有地震﹑洪水﹑暴雨﹑堆载﹑人工爆破等。下面分述各主要因素。 1﹑岩土类型和性质 岩土类型和性质是影响斜坡稳定性的根本因素。在坡高和坡角相同时，显然岩土体越坚硬，抗变形能力越强，则斜坡的稳定性越好，反之稳定性越差。同时，岩体的节理﹑断层及软弱夹层的存在会减弱其稳定性。 2﹑岩体结构面的性质 岩质斜坡的变形破坏多数是受岩体中结构面的控制。所以结构面的成因、性质、岩性特征、密度以及不同方向结构面的组合关系等是非常重要的。按结构面的产状与临空面的关系，可分为： (1) 平迭坡：主要软弱结构面是水平的。这种斜坡一般比较稳定，但厚层软弱相间的岩层会形成崩塌破坏，厚层软弱岩会发生滑坡。 (2) 逆向坡：主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向相反。这种斜坡是最稳定的，有时有崩塌发生，而滑坡的可能性很小。 (3) 顺向坡：主要软弱结构面的倾向与坡面的倾向一致。其稳定性与倾角和坡角的相对大小有关。 当坡角β〉弱面倾角α时，斜坡稳定性最差，极易发生顺层滑坡。 当α<β时，稳定性较好，但还有其他结构面的存在，特别是向坡外缓倾的结构面组合，还可能发生滑坡。 (4) 斜交坡：主要软弱结构面与坡面成斜交关系。其交角越小，稳定性就越差。 (5) 横交坡：主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直，稳定性较好，很少发生大规模的滑坡。
影响斜坡稳定的主要因素 影响斜坡稳定性的因素非常复杂，其中最主要是时斜坡岩土体类型及性质、地质构造、地形地貌等，除此之外还有岩石的风化、地表水及大气水的作用、地震和人类的工程活动等，这些因素综合起来可分为内在因素和外在因素两大部分，内在因素包括斜坡岩土体类型及性质、地质构造、地形地貌，外在因素包括地下水和地表水、地震和人类活动。 1、内在因素 （1）岩土类型及性质影响 组成斜坡的岩土体的性质是决定斜坡抗滑力的根本因素。不同的岩层组成的斜坡其稳定性各有差异，表1所示为不同性质的岩质对斜坡稳定性的影响。 表1 不同岩性对斜坡稳定性的影响 斜坡岩性主要工程地质特征影响斜坡稳定 的主要因素 主要变形破坏形 式 侵入岩类如花岗岩、闪长岩。岩性均一， 强度较高，一般呈块状结构， 常形成陡坡 节理裂隙切割 特征 崩塌、松弛张裂， 沿软弱结构面滑 动 喷出岩类如玄武岩强度差别较大，裂隙 发育。有时具层状孔隙性大， 斜坡形态受产状控制 岩层产状、节 理、软弱夹层 性质 崩塌、沿软弱夹 层、节理滑动 碎屑沉积岩如砂岩、砾岩页岩。强度差别 较大，具层状结构斜坡受岩层 产状控制 岩层产状和岩 体结构特征 沿层面滑动，崩 塌，松动。倾倒或 挠曲 碳酸盐岩类如石灰岩、白云岩等，强度一 般较高，具层状结构斜坡形态 受岩层产状和节理裂隙发育 控制 岩层产状及岩 溶发育状况 崩塌，松弛张裂， 顺层滑动 夹层沉积岩如夹有泥化夹层的砂岩、页岩 等。具有层状结构 软弱夹层产状 及性质 沿软弱夹层的蠕 动，各类蠕动变形
变质岩类如板岩、千枚岩、片岩等强度 差别较大，多呈片状或层状， 岩体完整性差 岩性及岩层产 状 滑坡或蠕动变形 （2）地质构造影响 斜坡中的各种结构面对斜坡稳定性有着重要影响（特别是软弱结构面与斜坡临空面的关系对斜坡稳定起很大作用），由于这种关系多种多样因此稳定性也各不相同，可大致分为5种情况 1）平叠坡：主要软弱结构面是水平的。这种斜坡一般比较稳定。 2）顺向坡：主要是指软弱结构面的走向与坡面走向平行或接近平行，且倾向一致的斜坡。当结构面倾角小于坡角时，斜坡稳定性最差，极易发生顺层滑坡，当结构面倾角大于坡角时，斜坡稳定性较好。 3）逆向坡：主要软弱面的倾向于坡面倾向相反，及岩层面倾向坡内，这种斜坡一般是稳定的，有时有崩塌现象，而滑动的可能性较小。 4）斜交坡：主要软弱结构面坡面走向成斜交关系。其交角越小，稳定性就越差。 5）横交坡：主要软弱结构面的走向与坡面走向近于垂直。这类斜坡稳定性较好，很少发生大规模的滑坡。 （3）地形地貌的影响 地形地貌对斜坡的影响主要取决于地形高低起伏的变化，对于山地、高原斜坡的稳定性受坡度大小的影响，坡度越大斜坡越不稳定，反之相对稳定，且破坏类型以崩塌破坏为主；而对于起伏不大的平原、丘陵和盆地其斜坡的稳定性受多种因素的影响如降水、地震等 2、外在因素 （1）地表水与地下水影响 地表水和地下水是影响斜坡稳定性的重要因素。不少滑坡的典型实例都与水的作用有关或者水是滑坡的触发因素，水的作用主要表现为对岩土的软化作用、泥化作用、冲刷作用、静水压力作用、动水压力作用等。处于水下的透水边坡将承受水的浮托作用，而不透水的边坡，坡面将承受静水压力；充水的张开裂隙将承受裂隙水的静水压力作用；地下水的渗流，将对边坡体产生动水压力。水对边
煤层段钻进时的井壁失稳机理及其对策 煤层段钻进过程中极易发生井壁失稳的状况。本文从煤基岩的力学及物理化学性质入手，分析了煤层段井壁失稳的机理，采用Hoek-Brown公式来模拟煤岩的非连续性，并对煤层段的坍塌密度进行了实例计算，利用Ansys软件对计算结果进行了验证，研究表明采用Hoek-Brown强度准则计算煤层段的坍塌压力当量密度是安全有效的，在仅考虑力学作用的前提下，煤层不会发生崩落坍塌的状况。最后，总结了煤层段钻进时的技术对策。 标签：煤层井壁稳定性Hoek-Brown强度准则 1引言 目前我国所钻遇的井壁不稳定地层主要为易水化膨胀的泥页岩地层和破碎性地层。其中破碎性地层如煤层的井壁稳定性问题一直困扰着钻井工程，严重地阻碍了石油勘探开发的发展进程。钻井作业过程中煤岩坍塌可能带来两个方面的危害：（1）影响钻井安全，造成起下钻遇阻、遇卡、憋泵等事故和井下复杂情况，降低钻井速度和效率;（2）井眼直径严重扩大，井身质量差，在煤岩局部形成“大肚子”和“糖葫芦”井眼。同时由于环空间隙的剧烈变化，钻井液的上返速度差异大，严重影响带砂效率，水泥浆顶替返速达不到要求，难以保证固井质量。本文拟从煤岩的力学特性和物理化学性质入手，分析煤层段井壁失稳的机理，结合前人的研究基础给出确定了煤层段钻井液密度窗口的方法，最后提出了相应的工艺技术对策，优选了适合煤层段的钻井液体系及配方。 2煤岩的物理化学性质 煤岩含炭量较高，质轻易脆，且自身发育大量的天然裂隙、割理，相互垂直的面割理和端割理将煤基岩块分割成一个个斜方体（如图1所示）。割理以及裂隙的存在使得煤岩的力学行为表现出非连续性，其力学性质同砂泥岩也存在着较大差异[1]，见表1。 由表1不难看出煤岩的机械力学参数与常规砂岩储层有很大差别，泊松比大于砂岩，但煤岩的弹性模量却小于砂岩。White[3]的研究结果表明，煤岩的强度与含碳量有关。当含碳量为70%～80%时，煤岩的抗压强度达到最小;当含碳量大于80%时抗压强度随着含碳量的增大而增大;相应地，当含碳量小于70%时，抗压强度随着含碳量的减小而增大。此外煤岩周围的炭质泥岩具有很强的亲水性;且煤岩占主导的内生裂隙多被黏土矿物充填，电子显微镜观察[3]发现黏土矿物多为细分散状，斑点状或是浸染状产出，局部为团块状。 3煤层段井壁失稳机理 煤岩由于比表面极大而具有强烈的吸水性，煤岩周围的炭质泥岩同样具有很强的亲水性，水化后对煤岩层施加膨胀应力;且煤岩占主导的内生裂隙多被黏土
井壁稳定问题是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的难题，随着勘探领域向新区扩展, 钻遇地层日趋复杂, 井壁不稳定已成为实现勘探目的的障碍。 由于这些地区地层所造成的井壁不稳定, 既影响了钻井速度与测井、固井质量, 又使部分地区无法钻达目的层,影响勘探目的实现。 地层矿物组分与理化性能是研究井壁不稳定机理与技术对策的基础。 1、地层组构分析 利用X射线衍射、扫描电镜、薄片分析、透射电镜及测井资料对地层矿物组分、矿物分布层理、裂隙发育状况进行分析。 2、地层理化性能分析方法 岩石密度、阳离子交换容量、膨胀率、分散性(滚动试验法与C ST 法)页岩稳定指数、比表面积、夸电位、活度、可溶性盐类、胶体含量、岩石强度与硬度及地层压力系数等。 3、井壁稳定问题 钻井过程中的井壁坍塌或缩径(由于岩石的剪切破坏或塑性流动)和地层破裂或压裂(由于岩石的拉伸破裂)两种类型。 井壁不稳定间题是力学问题, 又是化学问题, 归根结底仍是力学问题。 1、化学因素 井壁不稳定的原因及研究方法 1、井壁不稳定的原因 如果经验内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度（shear strength)而产生剪切破坏（shear failure,表现为井眼坍塌扩径或屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为坍塌压力（collapse pressure); 如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力（tensile stress)大于岩石的抗拉强度（tensile strength）时，将产生拉伸破坏（tensile failure，表现为井漏），此时的临界井眼压力定义为破裂压力（fracture pressure）。 因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近的应力状态（stress state），可以达到稳定井眼的目的。 2、井壁失稳与岩石破坏类型的关系 井壁失稳（unstable borehole）时岩石的破坏类型主要有两种：拉伸破坏（tensile failure）、剪切破坏（shear failure）。 剪切破坏又分为两种类型： 一种是脆性破坏，导致井眼扩大，这会给固井、测井带来问题。 这种破坏通常发生在脆性岩石中，但对于弱胶结地层由于冲蚀作用也可能出现井眼扩大； 另一种是延性破坏，导致缩径，发生在软泥岩、砂岩、岩盐等地层，在工程上遇到这种现象要不断的划地眼，否则会出现卡钻现象。拉伸破坏或水力压裂会导致井漏，严重时可能造成井喷。 实际上井壁稳定与否最终都表现在井眼围岩的应力状态。如果井壁应力超过强度包线，井壁就要破坏；否则井壁就是稳定的。 3、井壁失稳的原因 通过以上分析，可以发现，影响井壁稳定的因素概括起来可以分为四大类；（1）地质力学因素，原地应力状态、地层空隙压力、原地温度、地质构造特征
边坡稳定性影响因素 边坡稳定性影响因素： （1）坡底中结构面对边坡稳定性的影响.破底的稳定性直接影响整个山体的稳定性 （2）外力对边坡的影响。例如：爆破，地震，水压力等自然和认为因素，而导致边坡破坏。 （3）边坡外形对边坡稳定性的影响。比如，河流、水库及湖海的冲涮和淘涮，使得岸坡外形发生变化，从而使这些边坡发生破坏，这主要由于侵蚀切露坡体底部的软弱结构面使坡体处于临空状态，或是侵蚀切露坡体下伏到软弱层，从而引起坡体失去平衡，最后导致破坏。（4）岩体力学性质恶化对边坡稳定性的影响。比如风化作用对边坡稳定性的影响，这主要是由于风化作用使坡体强度减小，坡体稳定性降低，加剧斜坡的变形与破坏，而且风化越深，斜坡稳定性越差，稳定坡角就越小。 边坡稳定性相关延伸： 边坡稳定性控制技巧 边坡防护设计的主要原则 1、安全第一．质量保证 边坡的防护直接影响到交通的安全，目前，我国的防护工作主要是由边坡起防护作用，对自然灾害和人为因素造成的塌方、陷落等起到很好的防护作用，对交通设施的安全顺畅运行，对车辆行使的安全，起
着巨大的作用。因此，在设计边坡时，首先要考虑的是边坡的质量问题，要在保证边坡防护设施自身的质量过硬的情况下，考虑防护设施起到的安全作用，要以防护坡的安全系数为设计的首要考虑因素。要从设计上保证边坡防护设施的防护质量，以安全作为防护的第一要素，确保边坡的防护能在实际中起到防护的作用。为安全使用、交通的顺畅起到应有的作用。 2、考虑地理环境，因地制宜 随着我国交通设施的进一步完善，穿越范围越来越广，所处的地形地貌多种多样，各有特点，各不相似。因此，就给边坡防护的设置带来了许多复杂的问题，在不同的地方因为地质情况的差异、气候情况的不同、环境的差别等，公路边坡的建设情况也不一样。一般边坡崩塌所遇到的问题可以归为3类，即落石型、滑坡型、流动型，而这3种坍塌形式是由于不同的地质地理环境造成的。比如落石型一般是发生在较陡的岩石边坡，因为在一定的条件下岩石边坡的岩层会产生裂缝、渗水，经过长时间的风化和外力作用，裂缝会逐渐扩大，在雨水侵蚀下，裂缝中充满水，产生侧向静水压力作用，造成崩坍。在设计时，就必须注意对岩石裂缝产生进行控制，采取积极的防水措施。所以因为所面临的防护问题不一致，因此在设计边坡的防护设施时，必须因地制宜，在充分了解工程所在地区的地理和环境及气候等具体的情况下，对所面临的各种潜在隐患进行预测，进而根据防护的需要，设计出与该地区相匹配的防护手段。绝对不能教科书式的照搬照抄，就把
井壁失稳的机理及原因分析(文献综述) 一、井眼不稳定性分析 井壁失稳的原因是错综复杂的，一般可归结为两方面的因素：地层力学因素和物理化学因素。不论是地层力学因素还是物理化学因素，最终均可归结为井壁力学不稳定所致。 地应力的大小、方向和各项异性对井壁的稳定性具有不可忽视的重要影响，尤其是3个主应力的比值(表征地应力的各向异性程度)对坍塌压力和破裂压力有显著影响。比值越大，坍塌压力和破裂压力的差值就越小(即钻井液密度窗就越小)，钻井作业就越困难，甚至出现既涌又塌的恶性事故。不仅如此，不同地区地应力的分布规律不同。例如，对于陆上多数油田和渤海湾地区，eH>ev>eh；对于南海、辽河和苏北油田，ev>eH>eh；对于大庆油田长恒构造，eH>eh>ev。因此，各地区的地应力数据还应具体测定。同时我们也知：对于不同地应力分布规律，钻井方向(即井眼轨迹)对井壁稳定性的影响规律也不同，而且，无论地应力的分布规律如何，总是沿中间地应力的方向钻进相对最不稳定。 二、对井壁失稳原因和机理的认识 对于井壁失稳的原因和机理，我们小组调研了相关文献得出井壁失稳主要由两方面的原因引起：泥浆密度过低，泥浆液柱压力难于支撑力学不稳定的地层；泥浆液柱压力高于地层孔隙应力，驱使泥浆进入泥页岩孔隙，产生压力穿透效应，使井眼附近的泥页岩含水量增加，孔隙压力增大，泥页岩强度降低。但同时对于不同的地层，不同的情况其失稳的原因各有不同。 黄维安等人就煤层气钻井井壁失稳机理进行研究得出：泥页岩地层井壁失稳原因是入井流体沿微裂缝侵入泥页岩后引起局部水化，导致剥落掉快；煤岩体中含有一定的粘土矿物，同时煤岩体的割理和微裂缝发育，井壁失稳原因一方面是入井流体沿割理或微裂缝侵入煤岩体后引起局的粘土矿物水化，消弱了颗粒间联接力，另一方面是煤岩体性脆、易破碎，钻具碰撞引起井下垮塌。 谢水祥等人对塔里木盆地群库恰克地区井壁失稳机理进行分析。塔里木盆地群库恰克地区油气产层主要位于石炭系和泥盆系，岩性复杂，已完钻的几口探井钻进过程中共发生了20次井下复杂及钻井事故，因此对其进行井壁失稳分析得
影响结构强度和稳定性的因素通过今年发生的雪灾和地震图片资料让学生感受到结构被破坏 的情景，提出我们如何理解“结实”这个词的含义，并对结构的强度的描述进行探究，加深学生对结构强度的理解；接下来结合学生熟悉的、身边的生活事例，借助于多媒体演示、小试验等方法引导学生探究影响结构强度主要因素。 课堂中引入学案，目的是更加突出以学生为主体，教师为主导的教学方式，使学生真正成为课堂的主人。 四、教学过程 第一环节情景导入 首先利用多媒体播放今年1月我国南方地区遭受雪灾袭击及5月汶川地震的图片资料，灾难过后很多结构受到破坏，让学生感受到结构被破坏的情景，引出课题——影响结构强度的因素。 然后给出本节课的学习目标，让学生明确学习目标是：了解材料、形状和连接方式是如何影响结构的强度的。 第二环节知识构建 一、结构强度的含义 1、结构强度含义 通过结构内力的计算和进行应力计算（课本26页）引出容许应力含义并引出结构强度的定义：
结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 小实验：绳子和粉笔的变形能力和结实程度 对课本给出的定义进行质疑，引导和说明结构强度与是否被破坏有关。最终得出结构的定义是：抵抗破坏的能力 第三环节合作探究 实践与体验：每三位同学一张A4纸，如何能让它承受最大的重量（有的组有浆糊和双面胶，一些组没有进行对比） 通过是同学们的动手实践和思考，理解影响结构的强度的因素主要有：材料、形状和连接方式 并提出：除此之外还有那些因素会影响结构的强素呢？ 二、知识点拓展 （一）工业用型材的截面形状 首先通过图片资料让学生了解工业上常用各种型材的截面形状教师引导：我们已知道用于结构材料的截面尺寸大小直接影响受力的大小，对于同种材料来说，截面积越大承载能力越强。那么我们现在进一步研究另一种情况：两个截面面积相等，但形状不同的截面中，究竟哪一种截面更有利于结构的强度？ 通过实际生产生活中常用的典型结构--------圆形截面、矩形截面和工字形梁的截面形状来进行分析，工字形梁的截面更有利于减轻材
边坡岩体结构稳定性评价 在工程地质测绘的基础上，根据实测的结构面资料，应用赤平极射投影和实体比例投影相结合来研究边坡的稳定性。虽然结构面的组合形式在自然界中是很复杂的，但按其对边坡稳定性的影响来看，可将岩体结构分为三种： （1）稳定结构边坡 边坡岩体中的结构面的倾向或几组结构面组合交线的倾向，与边坡的倾向相反，这种类型的边坡为反向结构的边坡，这种结构对边坡的稳定性没有直接的影响，没有顺层滑动的可能，因此为稳定结构边坡。它们在赤平投影图上的特点是结构面的投影和坡面的投影各在相对应的一侧，结构面的极点投影和坡面投影在同一侧。 1组结构面构成的斜坡（上半球投影） （a）、（e）不稳定结构；（b）基本稳定结构；（c）、（d）稳定结构 2组结构面构成的斜坡
（a）不稳定结构（b）基本稳定结构（c）稳定结构（2）基本稳定结构边坡 边坡岩体中结构面的倾向或组合交线的倾向与边坡坡向一致，但结构面的倾角或组合交线的倾角都大于边坡角，这种结构一般是比较稳定的，但稳定性比上述一种较差，因此为基本稳定结构。在投影图上的特点是结构面的投影一坡面投影在同一侧，结构面的极点投影与坡面投影各在相对应的一侧。 （3）不稳定结构边坡 边坡岩体中结构面或组合交线的倾向与边坡面倾向一致，但它们的倾角小于边坡角，这种结构为不稳定结构，在投影图上的特点是与基本稳定结构相似，不同之处是结构面或组合交线倾角小于坡面倾角。 赤平投影的应运完全是根据这个理论来的，不过个人感觉应运起来还是有点问题的，宏观上结构面大和小很难区分，而且勘察工作很难做，危害性也很难去分类，估计把三维分析引进来估计能好一点，我试着用理正做了几个，效果不是很好，最好是有好的项目去论证他。 《岩土工程勘察规范》—— 图解分析法需在大量的节理裂隙调查统计的基础上进行，将结构面调查统计结果绘成等密度图，得出结构面的优势方位，在赤平极射投影图上根据优势方位结构面的产状和坡面投影关系，分析边坡的稳定性： 1 当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向相反时，边坡为稳定结构； 2 当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向一致，但倾角大于坡角时，边坡为基本稳定结构； 3 当结构面或结构面交线的倾向与坡面倾向之间夹角大于45，且倾角小于坡角时，边坡为不稳定结构。求潜在不稳定体的形状和规模需采用实体比例投影对图解法所得出的潜在不稳定边坡应计算验证。
摘要：路基边坡的主要内容就是路基横断面的设计，它包括边坡形状设计和坡度的确定，坡度是保证路基稳定性的必要因素。在整个设计过程中，影响路基边坡稳定性的因素有很多，路基边坡的稳定性是很重要的，稳定性若是不好，会使交通事故发生率提高。因此，保证公路路基稳定性是非常重要的。 关键词：路基边坡、稳定性、影响因素、治理方法 我国土地上，山区占很大比例，随着经济的发展，我们有时需要在山区修建公路，在山区修建公路，经常会遇到大量的斜坡，因此，要解决的一个问题就是保证斜坡的稳定性。另一方面，边坡不稳的问题日渐突出，每年都会因为边坡不稳的问题，给公路运输造成很大影响，同时也增加了交通事故的发生，使人民的生命财产安全受到很大破坏，因此，保证公路路基边坡的稳定性是必要的。 一、路基边坡稳定性的分析方法 影响路基边坡稳定性的因素有很多，了解这个因素，我们就应该要知道边坡稳定性的分析方法，常用的方法有自然历史分析法、工程类比法。 自然历史分析法，是根据边坡发育中各种破坏现象与周围的地质环境，以及发育中的规律进行分析，这种方法是对边坡的总状况、区域性和趋势做出评价，主要是对天然斜坡稳定性的分析。[1] 工程类比法是对已经有的自然边坡和人工边坡的稳定性状况进行分析，运用有关设计的经验进行设计分析。这种方法比较常见，也经常被采用。 二、路基边坡稳定性的影响因素 影响边坡稳定性的因素分为两种，有自然因素也有人为因素。自然因素包括地形因素、地质因素、环境因素、水文条件。人为因素包括山坡地的不当开发、大量的挖填方、边坡的防护不当以及坡脚的不当开发，另外还有边坡材料的性质也会影响边坡的稳定性。 1、自然因素 地形因素中包括坡高、坡宽、坡向以及坡度，其中坡度对边坡的影响最直接，一般坡度越大，稳定性越低，坡度越大，植物越不容易生长，也因此土壤就越松，越容易失去平衡，这种土壤很容易被侵蚀。 地质因素包括材料因素和构造因素，地质材料主要表现为岩石和土壤。边坡自上而下的地质构造为黄土状粉性土、黄灰色砂质泥岩夹砂层、褐灰色泥岩、灰黄、黄褐色砂质泥岩、薄层砂岩、泥质胶结[2]。从这个构造中，我们可以知道，这些地质材料的稳定性都不高，容易发生崩塌，它们的力学强度不高，而且抗风化能力较弱。有时岩体中会存在断层等不连续的结构面，这也容易提高边坡的不稳定性。地质构造的方向性、分布密度、大小以及性质的不同，都会影响到边坡的稳定性。路基通常分粘土路基和粉土路基，这两种路基的稳定性不一样，通过下表来表示。 表1 粉土和粘土的压实度对比[3] 环境因素包括降雨、风化、地震等。降雨是使边坡遭到破坏的主要因素，雨水容易使土壤软化，会降低强度，增加地表孔隙，使边坡的稳定性降低。对边坡稳定性影响最大的是暴雨。严重时会造成崩塌。风化是个缓慢的过程，在地表没有植被的情况下，地表的侵蚀会严重一点，这也告诉我们要保护地表植被。地震对边坡的稳定性破坏是较大的，甚至会破坏地质构造，进而影响稳定性。 水文条件主要是地下水对地质的影响，主要是水压会作用于垂直裂缝，产生水平推力，使岩坡推向下方，浮力作用也会使稳定性降低，降低摩擦力，使岩质、土质变坏，进而降低稳定性。我们可以通过下表来表现这种摩擦力。 2、人为因素
钻井液性能及井壁稳定问题的几点认识摘要对钻井液中膨润土含量、钻井液密度、抑制性、滤失量、固相控制、处理剂质量和井壁稳定等问题进行了探讨，认为根据具体情况合理控制并提前考虑调整钻井液性能，有利于改善钻井液的稳定性和提高抗温、抗污染能力。并提出在井壁稳定和堵漏处理中要用动态的观念进行分析，以提高措施的针对性和有效性。 关键词钻井流体；膨润土含量；密度；抑制性；滤失量；固相控制；井壁稳定；井漏 目前国内钻井液技术水平虽然可以满足钻井作业要求，但仍然需要不断的完善与提高，通过技术进步使钻井液技术水平再上新台阶。从技术角度来讲，钻井液永远会面临新的问题，要有新思路，在解决问题中不能仅靠经验，更要注重新技术的应用。从钻井液性能来讲，应该从钻井一开始就重视性能调节，做好预处理，这样可以保证全过程性能稳定，产生好的综合效果，而一旦等问题出来再处理不仅会消耗更多的处理剂，而且会产生一系列的复杂情况，不利于节约成本和提高效率。针对钻井液技术现状及现场存在的一些问题，从提高钻井液技术水平的角度出发就有关问题谈几点认识，以供参考。 1主要认识 1.1膨润土含量 膨润土是钻井液中不可缺少的东西，钻井液性能和膨润土密切相关。对于钻井液体系，要重视膨润土含量的控制，膨润土含量的控制要从钻井一开始就考虑。膨润土含量高是钻井液性能不稳定的根源，合理控制膨润土含量可以提高钻井液的高温稳定性和抗盐污染能力。在满足钻井液携砂能力的情况下尽可能降低膨润土含量，这样可以减少处理剂的消耗，减少其他一些不必要的麻烦。特别是钻遇易造浆地层时，更应该注意膨润土含量的控制。从某种意义上讲，膨润土含量的控制是钻井液技术水平提高的具体体现。近年的实践表明，由于现在的钻井液体系膨润土含量控制较好，稀释剂用量已明显减少，甚至不再使用，说明钻井液稠化现象随着膨润土含量的控制已经得到解决。 1.2钻井液密度 密度的确定，首先是满足安全钻井的需要，其次才考虑其他方面。不同地区地质条件不同，对密度要求也不同。通常，降低密度有利于提高钻井速度，减少钻井液的流动阻力和内摩擦力，但有时也不完全是这样，要看地层的稳定性和地层流体的活度哪方面占优势。有一种观念认为密度低可以保护产层，但这是片面的，有时反而需要提高密度形成暂堵层来保护
斜坡稳定性影响因素分析 斜坡的稳定性受多种因素的影响，主要可分为内在因素和外部因素。内在因素包括：地形地貌、岩土体类型和性质、地质构造等。外部因素包括水、地震、人类活动等。内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素起诱发破坏作用。 1.地形地貌 从区域地形地貌条件看，斜坡变形破坏主要集中发育于山地环境中，尤其在河谷强烈切割的峡谷地带。我国由于挽近地质时期大洋板块和大陆板块相互作用的制约，西部挤压隆起，东部拉张陷落，形成了西高东低的台阶状地形，可明显地划分出三个台阶。处于两个台阶转折地带的边缘山地，山谷狭窄、高耸陡峻，地面高差悬殊。因此斜坡变形破坏现象十分发育。 2..岩土体类型和性质 岩土类型和性质是影响斜坡稳定性的根本因素。在坡形（坡高和坡角）相同的情况下，显然岩土体愈坚硬，抗变形能力愈强，则斜坡的稳定条件愈好；反之则斜坡稳定条件愈差。所以，坚硬完整的岩石（如花岗岩、石英砂岩、灰岩等）能形成稳定的高陡斜坡，而软弱岩石和土体则只能维持低缓的斜坡、一般来说，岩石中含泥质成分愈高，抵抗斜坡变形破坏的能力则愈低此外，岩性还制约斜坡变形破坏的型式。一般来说，软弱地层常发生滑坡，而坚硬岩类形成高陡的斜坡，受结构面控制其主要破坏型式是崩塌。顺坡向高陡斜坡上的薄板状岩石，则往往出现弯折倾斜以至发展成为滑坡。黄土因垂直节理发育，故常有崩塌发生。 3.地质构造 地质构造因素，包括区域构造点、边坡地段的这周形态、岩层产状、断层和节理裂隙发育特征以及区域新构造运动特点等。它对边坡稳定，特别是岩质边坡稳定的影响是十分明显的。在区域构造比较复杂的、褶皱比较强烈，新构造运动比较活跃的地区，边坡的稳定性较差，例如我国西南部横断山脉地区、金沙江地区的深切峡谷，边坡的崩塌、滑动、流动及其发育，常出现超大型滑坡及滑坡群。其次，边坡地段的岩层褶皱形态和岩层产状，则直接控制边坡变形破坏的形式和
井壁失稳与坍塌卡钻预防及处理 1．井壁坍塌发生的原因 （1）由于地质构造力造成的井壁坍塌。如所钻井处在地层断裂带、褶皱、地层滑动上升或下降、地层倾角大地区。此类坍塌在塔里木油田山前地区井表现较为突出，而且处理难度也较大。 （2）在欠压实地层井段，由于地层胶结不好而形成的坍塌，如流沙层。 （3）煤系地层和泥页岩地层的坍塌，在塔里木油田表现较为突出。 （4）复合盐岩层盐溶后，充填在复合盐层中的砂泥岩薄夹层失去支撑，引发的井壁坍塌。 （5）泥页岩孔隙压力异常，高压油气水层引发的井壁坍塌。 （6）水化膨胀是引起地层坍塌的重要原因。这主要是由于粘土吸收钻井液中的水分子造成的。由于普遍使用水基钻井液，因此，泥页岩水化膨胀始终是存在的，只是其轻重程度不同而已。 （7）由于钻井液密度低，不能平衡地层坍塌压力。钻井液体系和性能不能满足井下情况的需要，与地层特性不适应，引发的井壁坍塌。 （8）井身质量对井壁坍塌有一定影响，如狗腿严重井，无论是起下钻还是钻进中，由于钻具与井壁碰撞、蹭刮造成的井壁失稳，在定向井、水平井中表现较为突出。 （9）由于起钻中未按规定灌好钻井液，或因激动、抽汲压力过大，进行某项作业时降低了钻井液液柱压力（如中途测试），而引发的井壁坍塌。 （10）溢流、井喷后引发的井壁坍塌。 （11）井漏后，由于钻井液液柱压力下降造成的井壁坍塌。 2．井壁失稳与坍塌卡钻的预防 井壁坍塌在钻进、起下钻和其它作业中都可能发生。井壁坍塌造成的卡钻是处理难度较大的井下事故。 （1）选用合适的钻井液体系，强化钻井液防塌性能，如硅酸盐体系、钾基钻井液体系，加足防塌、封堵材料，严格控制钻井液滤失量，并在设计范围内适当提高钻井液密度、粘度，提高钻井液携砂能力。 （2）控制起下钻速度，降低抽汲压力和激动压力；起钻时按规定要求灌好钻井液；在进行其它作业时，要控制好钻井液液柱压力降低对井壁稳定的影响；要避免在易坍塌井段长时间循环钻井液。 （3）在易坍塌井段钻进时，要适当控制排量、泵压。 （4）在易坍塌井段钻进时，尽量简化钻具组合，如少用或不用稳定器。 （5）合理的井身结构 1）表层套管尽可能封住上部松软、易坍塌地层； 2）技术套管尽可能封住易坍塌井段； 3）套管鞋处地层要稳定，不易坍塌，而且口袋要短； 4）尽量避免同一裸眼井段存在不同的压力系统。 （6）及时发现井壁坍塌是预防坍塌卡钻的关键。 3．井壁失稳、坍塌的特征 （1）在钻进中发生井壁坍塌，泵压升高，转盘扭矩增大，悬重下降，钻具上下活动困难，严重时发生憋泵，停泵后有回压。 （2）起下钻中发生井壁坍塌，钻具水眼内反喷钻井液，上提遇卡、下放遇阻，悬重下降，而且阻卡会越来越严重，开泵困难或泵压较高，甚至井口失返，转动钻具困难，停泵后有回压。钻具提离坍塌层位后泵压、悬重恢复正常。
斜坡稳定性的影响因素 斜坡的稳定性受多种因素的影响，主要可分为内在因素和外部因素。内在因素包括：地形地貌、岩土体类型和性质、地质构造等。外部因素包括水、地震、人类活动等。内因是最根本的因素，决定着斜坡变形破坏的形式和规模，对斜坡稳定性起控制作用；外因是变化的条件，是通过内因而起作用，促使斜坡变形破坏的发生和发展，外因常常成为斜坡变形破坏的触发因素。 1、地形地貌 地貌条件决定了边坡的形态，对边坡稳定性有直接的影响。例如：对于均质斜坡，其坡度越陡，坡高越大则稳定性越差。对边坡的临空条件来讲，工程地质条件相类似的情况下，凹形坡较凸形坡稳定。从区域地形地貌条件看，斜坡变形破坏主要集中发育于山地环境中，尤其在河谷强烈切割的峡谷地带。我国由于挽近地质时期大洋板块和大陆板块相互作用的制约，西部挤压隆起，东部拉张陷落，形成了西高东低的台阶状地形，可明显地划分出三个台阶。处于两个台阶转折地带的边缘山地，山谷狭窄、高耸陡峻，地面高差悬殊。因此斜坡变形破坏现象十分发育。 2、岩土体类型和性质 斜坡岩土体的类型与性质是影响斜坡稳定性的根本因素。包括岩土体的成因类型、组成矿岩土体的矿物成分、岩土体的结构和强度。在坡形（坡高和坡角）相同的情况下，显然岩土体愈坚硬，抗变形能力愈强，则斜坡的稳定条件愈好；反之则斜坡稳定条件愈差。所以，坚硬完整的岩石（如花岗岩、石英砂岩、灰岩等）能形成稳定的高陡斜坡，而软弱岩石和土体则只能维持低缓的斜坡。 由岩浆岩组成的斜坡较好，但原生节理发育也常发生崩塌，特别在风化强度强烈地区，由于风化营力的作用，使风化带内的岩石强度降低，常导致斜坡崩塌。 沉积岩组成的斜坡由于具有层理结构，而层理面常常控制斜坡的稳定性。沉积岩层常夹有软弱夹层，如厚层灰岩中夹泥灰岩，砂岩中夹泥岩等，这些软弱面常易构成滑动面。 变质岩组成的斜坡，尤其深变质岩，如片麻岩、石英岩等其性质与岩浆岩相
软泥岩井壁失稳原因与技术对策 <网络与相关文献资料整理> 一、软泥岩的特点与钻井液技术对策 软泥岩属于层理裂隙不发育的岩体，地层组构特征：粘土矿物以伊蒙无序间层为主；大多属于第三系或白垩系地层，成岩程度低，呈块状，处于早成岩期；分散性强，回收率大多小于20%；阳离子交换容量高，15-30mmol/100g土；泥岩易膨胀，膨胀率高达20-30%；绝大部分地层属于正常压力梯度，极个别地区此类地层出现异常压力梯度；岩石可钻性级别低，小于1级～3级。 钻遇软泥岩地层的潜在井下复杂情况为：造浆性强，地层自造浆密度高，切力大，含砂量高；钻井过程中易缩径，起钻遇卡拔活塞，灌不进钻井液，处理不当易发生卡钻、井塌、下钻遇阻、划眼、蹩泵、井漏；阻卡井段固定，以700m～1500m井段最为严重。典型区块为我国东部油田明化镇组泥岩。 软泥岩中井壁不稳定发生原因：泥岩中伊蒙无序间层吸水膨胀、分散、缩径；高渗透砂岩形成厚泥饼；钻速高，环空钻屑浓度过高。 软泥岩中的钻井液技术对策：采用强包被的聚丙烯酸盐聚合物、两性离子聚合物、阳离子聚合物、正电胶阳离子聚合物、正电胶等类型钻井液；对于直径等于或小于f244mm的井眼，应采用低密度、低粘、低切钻井液，提高返速，使环空钻井液处于紊流；对于直径等于或大于f311mm的井眼，在保证钻屑携带前题下，应尽可能降低粘切，提高钻井液的抑制性与返速，降低滤失量，改善泥饼质量；控制环空钻屑浓度；搞好固控。 应用实例：BZ25-1油田。前期28口井钻井中使用的小阳离子钻井液(JFC)存在的主要问题为：机械钻速低、伴有憋泵抬钻具现象，并且钻井液的流变性难以调控，维护困难。 后期钻井过程中采用抑制性更强的聚合醇钻井液(PEM)，虽然聚合醇钻井液的抑制性和机械钻速提高了，但是井壁稳定和起下钻遇阻问题却更为突出，钻井时效反而降低，具体表现为以下几个方面：(1)明化镇组大段活性软泥岩地层钻进过程中憋钻、卡钻严重，倒划眼困难，甚至出现倒划眼时间超过钻井时间。(2)起下钻遇阻严重，基本都采用倒划眼的方式进行。(3)在泥岩井段地层钻进过程中钾离子消耗较快，必须及时补充KCl，只有维持钾离子含量大于15000mg/L才能控制聚合醇钻井液粘度的增长，因此一口井的KCl用量可能达到60-70吨。 根据BZ25-1油田现场情况及对活性软泥页岩井壁稳定机理进行分析，采用无机盐抑制的方法并不能从根本上解决活性泥页岩井壁膨胀、遇阻现象。井内的水基钻井液与活性泥页岩都存在着比较复杂的物理-化学作用，井壁失稳的物理因素主要有水力传递、渗透作用、离子和压力传递，化学因素主要有离子交换、膨胀压的改变。 室内研究认为适合于大段活性软泥页岩钻井的钻井液应具有如下特性：
钻井过程中井壁稳定分析与对策 当前，我国油田开发力度加大，逐步向深层、深海区块延伸，水平井、大位移井等特殊井身 结构钻井应用增多，井壁坍塌等井下事故也相应增加，极易在钻井中出现井壁缩径、坍塌、 地层压裂等情况，坍塌机理比较复杂，很难预防，影响钻井井下安全和钻井持续性。因此， 有必要对井壁稳定性进行分析，有针对性的提出提升井壁稳定性的对策措施。 1 钻井过程中井壁稳定性 1.1钻井井壁稳定性较差和坍塌地层特征 在钻井中，钻遇泥页岩、砂岩、砾岩、煤层、岩浆岩、灰岩等都可能发生井壁坍塌，但90% 以上的坍塌发生在泥页岩地层，缩径一般在盐膏层、浅层泥岩和渗透性较高的砂岩发生。坍 塌可能在各种岩性和粘土矿物含量地层中发生，但坍塌严重地层大多具有以下特征：发育有 层理清晰的裂缝或破碎性较强的岩性地层；泥页岩特别是孔隙压力异常地层；地应力较强、 倾角大易发生井斜地层；厚度较大泥页岩地层；高含水砂岩、泥岩地层等。 1.2井壁稳定性影响因素 井壁稳定性较差原因是钻井液和钻具在地层中作用，压力超过井壁岩层承受强度，以及钻井 液与井壁地层岩石矿物发生物理化学作用，加大坍塌压力、降低破裂压力等引起井壁失稳。 一是力学因素。地层钻开前岩层受上覆压力、水平地应力和孔隙压力作用，压力均衡，钻开 后钻井液对井壁压力替代了钻开岩层对井壁岩层的支撑，破坏了压力平衡状态，使周围地应 力需要重新分布，在地应力超过井壁周围岩层承受强度后会发生剪切破坏，脆性地层会发生 井壁坍塌，塑性地层会发生塑性变形（缩径）。钻井中井壁被剪切破坏临界井眼压力称为坍 塌压力，该状态下钻井液密度为坍塌压力当量钻井液密度。地应力因素上，井壁坍塌以最小 地应力为方向，坍塌压力随地应力及地应力非均匀系数增大而增大。地层强度因素，地层坍 塌压力与井壁周边地层的强度系数和内摩擦角呈反比。孔隙压力因素，地层坍塌和破裂压力 与孔隙压力呈正比，但破裂压力增速比坍塌压力小，随着孔隙压力加大，钻井液密度安全范 围逐步变小。地层渗透性因素，渗透性较强地层钻井液会渗透到井壁周围地层，产生渗透压 力加大井壁周围地层孔隙压力变化率，加大井壁坍塌概率。井径扩大率因素，安全钻井允许 一定程度坍塌，可适当降低钻井液密度。地层破碎程度因素，地层破碎程度越高，钻井液渗 入越强、渗入深度越大，也就增高了坍塌压力。方位角、井斜角及钻井液组成和性能等，都 会对地层坍塌压力产生一定影响。同时，在坍塌层钻进中钻井液密度比地层坍塌压力当量钻 井液密度更低、钻井中钻井液密度异常过高、钻井液密度过低对盐层及含盐含水软泥岩塑性 变形控制性较差、起钻抽吸降低钻井液压力、井喷或井漏降低井筒内液柱压力等，也会引起 井壁坍塌。 二是物理化学因素。从地层构成看，岩石主要由石英、长石、方解石等非粘土矿物，伊利石、伊蒙间层、绿泥石等晶态粘土矿物，以及蛋白石等非晶态粘土矿物构成，不同岩性地层所含 矿物类型、含量存在差异，会影响井壁稳定性。从钻井液渗入地层驱动力看，钻开地层后钻 井液在井筒中与地层孔隙流体间存在化学势差、压差，在这些压力与地层毛细管力综合驱动下，钻井液滤液会渗入地层造成粘土矿物水化膨胀，引起井壁失稳。从粘土水化机理看，粘 土矿物与水接触后会发生离子水化、表面水化、渗透水化，易引发井壁失稳。从地层水化膨 胀看，钻井液与井壁地层接触后会升高孔隙压力、引起近井筒地层力学性质变化，地层水化 膨胀加大井壁失稳概率。 2 钻井井壁失稳控制技术措施 2.1应力因素引起的井壁失稳控制
1、地层孔隙压力计算 根据处理得到地层声波时差资料，采用Eaton 法进行地层压力计算。Eaton 法地层压力计算模型如下： ()()n p op op w n G G G t t ρ=--?? 式中，p G —井深H 处的地层孔隙压力，g/cm 3； o p G —井深H 处的上覆岩层压力梯度，g/cm 3； w ρ—井深H 处的地层水密度，g/cm 3； n t ?—井深 H 处的正常压实时的声波时差值，/s ft μ； t ?—井深H 处的实测声波时差值，/s ft μ； n —Eaton 指数。 经试算分析得到了适用于泌阳区块的Eaton 指数n ＝0.2，取地层水密度w ρ＝0.991 g/cm 3。
安3006井地层孔隙压力图 2、地层分层地应力计算模型 地应力是影响地层破裂压力的一个重要因素，它是一个客观存在的岩石内应力，它来源于上覆地层的自重和地质构造力。对于不同井深及不同力学性质的地层，地应力的值是不同的。采用下列地应力计算模型： ?? ? ??? ?+-???? ??+-=+-??? ? ??+-=P P P P p v h p p v H αασωμμσαασωμμσ)(1)(121 式中：ωω12,—构造应力系数；
v h H σσσ,,——水平最大、最小地应力和上覆压力； p P ——孔隙压力；μ——地层泊松比； α——有效应力系数。 泌阳凹陷的地层构造应力系数w 1＝0.64，w 2＝0.34。（按照压裂数据估算） 3、用库仑——摩尔强度准则计算坍塌压力 式（4-13）中的r ''σσθ和分别为井壁坍塌处的最大和最小有效主应力，将它们代入库仑—摩尔强度条件（4-8）式，便可求得保持井壁稳定所需的钻井液密度计算公式为： 2 122 (3)2(1) 100 ()h h p m C K ap K K H ησσρη--+-= ?+ )245cot(Φ- ?=K 式中，H ——井深，m ； m ρ——钻井液密度，g/cm 3 4、地层破裂压力的确定方法 破裂压力是井眼裸露地层在井内泥浆柱压力作用下使其起裂或原有裂缝重新开启的压力，它是由于井内泥浆密度过大使井壁岩石所受的周向应力超过岩石的抗拉强度造成的。 假设井眼处于平面应变状态，根据岩石力学理论，可求得非均匀地应力作用下井壁产生拉伸破裂时的井内泥浆柱压力即破裂压力的计算模型为： ()21f V p p t P Q P P S μσααμ??=--++ ?-?? ；H P f f = ρ 式中：f P —地层破裂压力(MPa)；f ρ—地层破裂压力梯度（g/cm 3）； 213??-=Q —构造应力系数；p P —地层孔隙压力； t S —地层抗拉强度；V σ—上覆地层压力； μ—泊松比；α—有效应力系数。
324 谈影响路基路面稳定性的因素 候春风 章永亮 桐柏县公路管理局 摘 要：本文根据笔者的实际工程情况，对对影响路基路面的稳定性的因素进行了详细的阐述。 关键词：路基路面；稳定性 路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物，路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。它承受着本身的岩土自重和路面重力,以及由路面传递而来的行车荷载,是整个公路构造的重要组成部分。 路基是路面的基础，它和路面共同承受行车荷载的作用，没有坚固、稳定的路基就没有稳固的路面，路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件，路基的强度与稳定性，受水、温度、土质的影响，在平原微丘区，路基的常见病害就是沉陷，而由于路基土中含水量偏大造成压实度不足引起沉陷的事例最多，因为土中的水分过大，土粒被水膜包围而分散得过远，含水量越大，水膜越厚，水分不能排除，由于水的密度比土的密度小，因此土的密度反而下降了，因此，在压实工作中经常注意并检查土的含水量，并视需要采取相应措施，尽可能消除和减轻水对路基造成的危害。压实度、含水量、先进的设计施工是确保路基强度的先决条件，而严格检查、测试才能使好的设计和施工落到实处，所有的路基填料都要经过施工监理人员检验并认可才能使用。另外，在合理使用路基填料方面，对于用不同强度的土所填路基的部位也是很讲究的，特别是土质变化较多的路段更应引起注意，不允许将ＣＢＲ值较大的土填在ＣBＲ值较小的土层下面，也不允许将ＣＢＲ较小的土填在路基顶部。在检测路基填料的含水量和压实度时，除按规定挖坑取样试验外，还应找薄弱环节取样试验，有的施工监理人员使用螺丝刀在路面上插捣，发现弱点后再决定取样试验的位置，以确保路基填方都能达到规定的压实度和强度。这也是施工规范中规定要用轮胎压路机和平地机配合振动压路机进行压实的原因。因为轮胎压路机是受压力控制而自动调节轮胎的高度和压力，使路基填土的压实度达到均匀一致。 高等级公路沿线及附近的水文、地质和筑路材料的调查、试验是保证路基强度和稳定性的基本条件。因此，不论是施工监理人员，还是承包单位，都必须集中全力，认真细致地做好沿线土质调查和取样试验工作。关于水文地质调查和试验方面的工作，除调查当地的气温和降雨量外，还应调查地下水的深度、流量、流向，以便采取相应的处治措施和选择合适的路基材料。关于土质调查和试验，主要是调查挖方路基顶部和填方原地面以下的土壤类型。对于软土地段，还要做贯入度、沉降、固结试验，并根据试验结果，提出相应的处治方案。 影响路基路面稳定性因素主要有以下几种： 影响路基稳定性的因素主要包括自然因素和人为因素。自然因素主要是地形、气候、水文与水文地质、地质条件、植物覆盖等。人为因素主要指荷载作用、路基结构、施工方法、养护措施。此外还有沿线附近的人为设施如水库、排灌渠道、水田以及人为活动等。路基设计时应掌握沿线的湿度和湿度变化规律，采取相应的调节水温情况的措施，以保证路基具有足够的强度和稳定性。 a) 地理条件：我国地域辽阔，各地气候、地形、地貌地质和水文地质等自然条件相差很大。不同地区自然条件的差异与公路建设密切相关，公路沿线的地形，地貌和海拔高度不仅影响路线的选定，也影响到路基与路面的设计。平原、丘陵、山岭各区地势不同，路基的水温状况也不同。平原区地势平坦，排水困难，地表易积水，地下水位相应较高，因而路基需要保持一定的最小填土高度，路面结构应选择水稳定性良好的材料，并采用一定的结构排水设施；丘陵区和山岭区，地势起伏较大，路基路面排水设计至关重要，否则会导致稳定性下降，出现破坏现象，影响路基路面的稳定性。 b) 地质条件：各类公路用土具有不同的工程性质，在选择路基填筑材料及修筑稳定土路面结构层时，应注意土的工程性质的差异，并采取不同的工程技术措施。要根据公路沿线的地质条件，如岩石的种类、成因、纹理、风化程度和裂隙情况，岩石的走向、倾向、倾角、层理和岩层厚度，有关夹层或遇水软化的夹层，以及有无断层或其它不良地质现象（如：岩溶、冰川、泥石流、地震）等，都对路基路面稳定性有一定的影响。 c) 气候条件：气候条件如气温、降水、湿度、冰冻深度、日照、蒸发量、风向、风力等都会影响公路沿线和地下水的状况，并影响到路基路面的水温情况。特别是在季节性冰冻地区，由于水温状况的变化，路基将发生周期性冻融作用，形成冻胀与翻浆，使路基强度急剧下降。一年之中，气候有季节性变化，因此路基的水温状况也随之变化，气候还受地形因素影响，地理位置有差别，气候也有很大差别，这些因素都直接影响路基的稳定性。 d) 水文和水文地质条件：水文条件如公路沿线地表水的排泄、河流洪水位、常水位，有无地表积水和积水时期的长短，河岸的淤积情况。水文地质条件如地下水位，地下水移动的规律有无层间水、裂隙水、泉水等。所有这些地面水及地下水都会影响路基路面的稳定性，如果处理不当，常会引 （下转第35页） ０