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井壁不稳定是钻井工程主要技术难题之一,而钻井液是井壁稳定的关键因素之一。井壁失稳是地层原地应力状态、井筒液柱压力、地层岩石力学特性、钻井液性能以及工程施工等多因素综合作用的结果。依据发生机理,井壁失稳可归结为两个方面的原因:一方面是钻开地层后井内钻井液柱的压力取代了所钻岩层对井壁的支撑,破坏了地层原有的应力平衡;另一方面是钻井液进入地层导致地层孔隙压力变化,并引起地层水化,导致岩石强度降低,进而加剧井壁失稳。所以井壁失稳既是力学问题,又是化学问题,是化学与力学问题的结合,在寻找解决途径的时候也必须将此两方面结合考虑才能找到有效的办法。本文在考虑物理化学作用,应用粘弹性力学的基础上,建立了时间与井壁缩径应力的关系模型。同时结合大庆松科1井钻井液技术研究、设计与应用监控项目,在大量调研的基础上,进行钻井液材料的复配和优选,结合室内实验、现场试验和现场应用进行配方和工艺研究,研制无伤害、水基防塌钻井液体系,应用于工程现场,取得了一定的成果。1.通过井壁稳定模型的建立,得出了零失水条件下,井壁缩径应力的计算模型;同时分析了含水量对泥页岩弹性模量的强度参数的影响,从而为后续结合失水研究井壁缩径应力计算模型提供了完善的参数。2.总结了抑制井壁岩层的机理即防塌钻井液的机理:（1）离子作用原理;（2）包被作用;（3）封堵作用:（4）活度平衡原理;（5）正电势垒稳定原理。同时针对松科1井现场应用试剂情况,对LG、Na-CMC、DFD、FIA—368、NH4HPAN及SAKH进行了机理分析。3.研制出测试钻井液悬渣性能及护壁性能测试的仪器。悬渣性能测试仪测试钻井液在静态状态下,悬浮钻渣的能力,既能通过液柱高度来进行直观的感性认识,又能通过仪器下部传感器直接导入计算机进行量化的测量。护壁性能测试仪能够通过传感器取得的不同压力值判别各类钻井液支护孔壁的能力,直观方便。上述两个实验再与剪切稀释性实验和膨胀量实验一起,构成了评价钻井液维持孔壁稳定的评价体系。但是实验体系中新的仪器仍需从原理上深入,从超作上标准化。4.对选取的具有代表性的钻井液材料进行机理分析和初步实验,结合松科1井项目的具体工程情况优选钻井液配方。松科一井所在地区地层属于典型的不稳定地层,在松科一井一开和二开工程中分别采用了PAM钻井液体系、LG钻井液体系和NH4HPAN—SAKH钻井液体系。PAM钻井液体系在—开工程中起到了抑制泥页岩膨胀、胶结防止砂岩垮塌的作用,但是PAM与其它添加剂的配伍性不好,因而PAM钻井液体系不易对更深部的可能出现的问题做钻井液性能上的调整和复配。二开前期采用LG钻井液体系,随着后续地层的改变,后期采用了DFD—NH4HPAN—SAKH钻井液体系。所选各钻井液体系:在现场的使用均很成功,起到了很好的护壁效果,保证了工程顺利、安全的进行,同时节约了工程成本。本文的创新之处体现在以下几点:1.运用粘弹性理论,建立了井壁稳定模型,得出了零失水条件下,井壁缩径应力的计算模型。2.设计了全新测试实验体系,开发新型仪器,从不同角度测试和观测钻井液的性能,确定新的性能评价指标。其中包括悬渣性能测试、护壁性能测试、膨胀量实验这三组实验与剪切稀释性实验,共同对钻井液防塌护壁性能进行评价,在钻井液性能测试方面开辟了新的思路。3.从各种钻井液添加剂的作用机理出发,参考性能评定方法,结合松科1井工程的实际情况,优化得出几套性价比高、性能好的钻井液体系,并应用于工程实际,取得了很好的效果,避免了事故的发生、缩短了工期、节约了成本。