肖敏杰，隆威，王李昌，王旭，余保汶

(1.中南大学，长沙 410083；2.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，昆明 650051；3.中国电建集团国际工程有限公司，北京 100036)

0 引言

地热资源在地球中储量巨大[1]，但从世界范围内来看，大规模商用开发还有很远的距离[2]。目前大多数学者所研究的深部环境力学主要针对化石能源开采环境存在的安全问题[3]，离干热岩等超深部资源开采的深度还有很大差距。温度高、地应力大是深部地热资源的主要环境特征[4]，在高温高压地层钻进形成井眼是目前开发深部地热资源的唯一技术途径[5]。钻探是了解地层最为直观的工程手段，也是深部地热资源的勘探和发电设施的建立中最关键的技术核心，如何有效钻进地层并维持井壁在深部环境长期稳定是钻探技术的核心[6]。

1 深部井壁围岩力学体系

在钻进形成井眼的过程中，围绕竖向井眼对水平方向应力展开应力分解，水平方向的力可以分解成相互垂直的最大水平地应力σH与最小水平地应力σh，钻井液侵入井眼给井壁围岩提供 钻井液柱压力pw，在这三种应力对井壁围岩的影响下构成了围岩的损伤变形区和弹性变形区，如图1所示。

图1 竖向深井井壁围岩应力分布区域图Fig.1 Stress distribution regional map in surrounding rock of vertical deep wellbore

1.1 井壁弹性变形区的力学分析

围绕岩石的弹性变形区的力学特征，建立经典的井壁围岩线弹性公式，井壁围岩的弹性变形区(r>Rc)：假设弹性变形区的微裂隙扩展未达到损伤状态。二维空间轴对称为前提下，其弹性力学分布解析为