井壁失稳问题一直是阻扰钻井工程的一个重要技术难题，从上世纪中叶开始钻井工作者和科研人员就开始致力于井壁稳定性研究，形成了一套系统的研究方法，并取得了很多重要的理论成果和实践经验，但是随着钻井工程钻遇地层的复杂化及不断向更深的地层钻进，井壁失稳问题仍然比较突出。从整体的研究思路来看，基本上可以归纳为以下三大类:井周的力学研究、泥浆化学研究和井壁稳定的力学与化学耦合研究。前人重点开展了对于水敏性地层的大量理论和实践研究，取得了大量的理论成果并有效的指导了实际钻探实践，但是对于弱胶结松散地层的井壁失稳机理及防治对策研究较少，依照连续地层的井壁稳定性机理指导现场破碎地层的护壁堵漏往往造成更加严重的失稳破坏，因此有必要深入的分析松散破碎地层的井壁稳定机理。　　 常规的井壁稳定性分析是假设地层是连续体，而实际地层本身含有大量的裂隙孔隙、胶结差、甚至无胶结的破碎带，再加上钻井过程中的诱导裂缝，井壁周围的地层并不是连续的，对于弱胶结松散破碎性地层的不连续性尤为严重。对于连续介质岩体的井壁失稳问题，现场护壁的常规方法是更换泥浆体系或者提高泥浆密度，或者两者同时进行。这种方法对于连续介质地层往往比较奏效，但是对于非水敏性的弱胶结松散地层，往往效果不明显，有时加重泥浆密度反而使井壁失稳问题更加严重。这说明松散破碎地层的井壁失稳机理与连续介质地层有所不同。　　 本文应用弹塑性力学相关理论分析了井壁的应力状态、强度破坏准则、岩石强度，得出了判断井壁稳定与否的极限平衡模型;系统分析了松散破碎地层组构特征及破碎程度评价，采用最优弱面模型和岩石断裂力学模型分析了破碎地层的井壁稳定性规律，得出了不同破碎程度下破碎地层的临界护壁模型和不同护壁堵漏的机理;结合室内岩石实验、泥浆化学实验以及数值模拟的技术，分析研究了松散地层的井壁稳定性规律;最后在江西于都科学钻探、安徽关庙钼矿钻探以及渤海油田煤层气钻探中应用理论分析和室内实验研究的成果获得了三套适用于不同松散破碎地层的性能优良的护壁浆液体系，并有效的保障了钻孔的井壁稳定和岩芯采取率。　　 本论文的研究内容和结论主要包括以下几个方面:　　 1.通过对井壁稳定性理论研究，得出地层井周应力分布;同时结合库伦--摩尔强度破坏准则和极限平衡条件得出井壁破坏临界判断模型，分析了井周各向井壁稳定性分布规律、维持井壁稳定的泥浆密度窗口、井壁不稳定性半径计算等。　　 2.分析了影响松散破碎地层稳定性的组构特征，提出了破碎比表面、破碎块度、岩石空隙率、岩石崩解率、岩体完整性系数、岩石抗压强度等六个地层破碎程度的评价指标，运用模糊数学原理并结合岩石破碎程度指标分析了松散破碎地层的分类标准，结合江西于都科钻现场，将松散破碎地层分为了五类。　　 3.针对松散破碎地层井壁稳定性特点，提出了最优弱面模型及断裂力学模型，并从这两个方面分析了弱胶结松散地层的失稳破坏机理及规律。当最优弱面产状与应力状态的组合满足不同的关系时，其破坏规律不同，当β＜β1或β＞β2时，井壁的稳定性取决于基质岩块的稳定性，而与最优弱面的存在无关;当最优弱面产状与应力状态的组合关系满足:β1＜β＜β2，最优弱面将先于岩石本体发生破坏。具有宏观裂缝或含有优势排列的微裂隙岩体中，裂隙周围尤其是端部存在明显的应力集中现象，岩体的破坏表现为裂纹的起始和扩展。对于裂隙岩体的稳定性考虑，需要用到断裂力学中的有关理论。应力强度因子准则是判断岩石稳定状况的常用依据，当应力强度因子满足K1≥K1C时，岩石即发生脆性破坏，井壁失稳。　　 4.根据松散地层的井壁稳定性研究及实践经验，提出了弱胶结松散地层的护壁临界模型，并提出了高粘泥浆护壁、化学灌浆护壁及套管护壁的护壁堵漏机理。在高粘泥浆护壁中，提出了“两高一低”的泥浆设计理念，即高粘度，高比重，低降失水。根据松散破碎地层破碎程度与泥浆性能的相关性，提出了η(A)=0.4σ2-6.4σ+40的泥浆设计模型。　　 5.室内岩石实验得出松散破碎地层在矿物、微观组构、抗压强度、抗拉强度以及浸泡稳定性方面的共同特征;通过压差实验、滤饼实验、砂岩胶结实验、化学灌浆模拟实验等实验方法获得影响井壁稳定性的护壁浆液性能设计;通过ANSYS数值模拟方法，模拟了不同裂隙孔隙下的松散破碎地层的稳定性规律。建立了一套岩石实验、护壁浆液实验以及数值模拟技术三者结合的评定弱胶结松散地层稳定性的室内评价体系。　　 6.根据于都科学钻探现场、安徽关庙钻探现场以及渤海油田煤层气护壁钻探现场的实际钻探问题，设计出了“CMC+植物胶固相泥浆体系”、“PVA+PAM无固相泥浆体系”以及“水玻璃—甲酰胺化学灌浆体系”三套性能优越的护壁浆液配方体系，分别有效地解决了三类松散破碎地层的井壁失稳问题，并节约了经济成本，提高了钻探效率，有效的保证了岩芯采取率。　　 最后，本文对研究内容做了总结，得出相关的结论。在此基础上，提出了针对弱胶结松散地层井壁稳定性研究的进一步研究思路和建议。井壁稳定性研究是一个系统研究，本论文仅是对弱胶结松散地层井壁稳定的一个初步探讨，尚有诸多因素没有深入考虑，有待于进一步的摸索研究。