为解决煤层强度低、割理发育导致的煤层气井井壁失稳问题,本研究结合现场取样统计分析和扫描电镜等试验手段,对研究区煤岩的宏微观结构、力学强度参数及变形破坏特征进行了深入分析。在此基础上,利用通用离散元数值模拟软件,构建了充分反映煤岩割理结构的模型,探究了影响煤层气井井壁稳定性的关键因素。

研究发现,研究区煤岩割理发育,面割理和端割理近似垂直,呈现网状和树枝状分布。煤岩力学参数离散性强,单轴和三轴压缩试验表明,煤岩应力应变曲线均表现出压密、弹性、屈服和脆性破坏四个阶段。

不考虑渗流作用时,井周最大剪切应力和剪切位移随井底压力的变化趋势一致,均呈现先减小后增大的趋势。此外,井径增大会导致井周剪切位移增大,增加井壁失稳风险。在井径恒定的情况下,割理密度越高,煤层井周块体越容易发生剪切滑落,井眼稳定性越差。

本研究结果可为煤层气井安全高效钻井提供理论依据。