热流化力多场耦合结晶岩力学性质劣化机制探究

来源：石油科学通报杂志2026年第1期北京时间：

作者：张桁宇, 王李昌

单位：1 中南大学地球科学与信息物理学院，长沙 4100832 长沙市深地资源能源开发技术创新中心，长沙 410083

摘要：结晶岩层常见于深地钻探的深部阶段，其在热流化力多场耦合作用下产生的力学性质劣化，对井壁稳定性及作业安全与效率产生了显著影响。阐述了深地钻探现状及其井下环境条件，分析了结晶岩的力学特征。在此基础上，进一步梳理了深地钻探过程中热场、渗流场、化学场及应力场等单场因素的作用机制，以及更为复杂的多场因素耦合作用对结晶岩力学性质的影响路径。重点总结了典型结晶岩(花岗岩、片麻岩)在热冲击、渗流入侵、化学腐蚀及应力扰动作用下的微观结构演化规律与宏观力学响应行为，归纳了强度、断裂韧度、弹性模量等关键力学参数的劣化特征，对比了花岗岩与片麻岩的劣化机理。明确了深地钻探中，高温可诱发结晶岩内部产生微裂纹并促使其扩展，流体的侵入加剧矿物的溶解与次生矿物沉淀，应力重分布进一步促进裂隙贯通与宏观破坏面的形成，多场协同推动岩石由脆性向延性转变。现有理论在多场耦合机理、结晶岩岩类覆盖以及真实钻井液长期作用效应等方面存在不足。未来研究亟需加强热流化力全耦合实验与模拟，构建能够精确描述跨尺度损伤过程的“热流化力全耦合数值模型”与融合实时钻井数据的“数字孪生井筒模型”，并提出聚焦于多场耦合机理的“井壁稳定性主动控制策略”。最终在多尺度、多场耦合框架下，形成适用于深地环境的结晶岩井壁稳定评价与劣化控制方法，为多场耦合环境下结晶岩力学行为的深入认识及深地钻探安全高效实施提供坚实的理论支撑。

关键词：深地钻探,热流化力耦合,结晶岩,力学劣化,井壁稳定

基金资助：湖南省自然科学基金资助项目(2025JJ20030);长沙市科技计划重大专项项目(kh2401026);湖南省科技创新计划资助项目(2023RC3051)