基于一种改进的三维Hoek-Brown强度准则井壁稳定评价模型及应用

来源：石油科学通报杂志2025年第4期北京时间：

作者：石祥超, 张琴, 高雷雨, 张豪

单位：油气藏地质及开发工程全国重点实验室·西南石油大学，成都 610500

摘要：在钻井工程中，井壁稳定性分析直接关系到井身结构设计、钻井液密度窗口设计及钻井施工安全。传统强度准则因大多为线性假设和忽略中间主应力效应，难以准确表征深部复杂地质条件下岩石的非线性破坏特征，所以选取适宜的强度准则是准确评价井壁稳定性的关键。本文使用了一种改进的三维Hoek-Brown强度准则，通过理论研究与模型应用相结合的方式，建立了更符合实际工况的井壁稳定性评价模型。研究结果表明：该准则不仅保留了Hoek-Brown强度准则在子午面内的非线性特征，还考虑了中间主应力对岩石强度的影响。改进的三维准则在主应力空间中的屈服面呈圆锥形曲面，屈服曲线满足外凸、光滑且封闭的性质。通过对六种不同岩石真三轴试验数据的对比分析，证明了该准则对各类岩石的良好适用性。将该准则应用于川东铜锣峡气田嘉陵江组灰岩地层的井壁稳定性分析，计算得到坍塌压力当量密度为1.16 g/cm³，在沿最大水平主应力方向钻进时，坍塌压力当量密度最低，符合实际工况，优于其他四种传统强度准则。改进的三维Hoek-Brown强度准则为井壁稳定性分析提供了一种更加精确且实用的方法。

关键词：改进的三维Hoek-Brown强度准则,屈服面,屈服曲线,井壁稳定,坍塌压力当量密度

基金资助：国家自然科重点项目(企业联合基金U24B2038)