BZ区块存在巨厚砾石层,研磨性高、可钻性差,常规钻井机械钻速极慢。现场运用气体钻井技术,在大幅度提高了机械钻速同时,也出现了例如地层井筒成片垮塌、掉块等复杂情况和事故。本文针对BZ区块砾石层的地层特征以及井壁失稳机理进行分析,建立一套适合该区的井壁稳定评价方法,并通过PFC仿真着重分析了 BZ1井的西域组、库车组和康村组等三个层位的砾石层围岩破坏机制及井壁失稳破坏特征。本文取得的主要研究成果如下:(1)分析了 BZ区块地层分布特征。通过对BZ区块上部砾石层地面露头、井下岩心的粒间充填物矿物组分及含量的分析对比,地质水文资料、测井解释方法以及录井资料的分析处理,总结了 BZ区块砾石层岩石矿物组分横向及纵向变化规律、砾石颗粒纵横向展布规律、地层压实程度及地层流体的产出规律。(2)分析获取了 BZ区块地质力学参数。利用声波发射方法结合现场测井数据可得到BZ地区地应力分布情况;利用回弹仪测试及录井资料分析BZ砾石层岩石弹性参数、力学强度及其变化规律;测试分析水基溶液浸泡对岩石力学参数的影响,为评价气体钻井井壁稳定提供基本参数。(3)进行砾石层微观组构及水化影响测试分析。利用扫描电镜、铸体薄片测试分析砾石微观结构及空间展布,并进行水基液体对砾石层弱面力学参数的影响实验,研究其对岩石力学性质及井壁稳定性的影响。(4)进行砾石层气体钻井井壁坍塌机理研究。结合气体钻井循环介质特征及空钻过程中近井壁岩石特性及应力分布,基于测井资料计算了 BZ1井的1500m(西域组)、3000m(库车组)和4500m(康村组)等三个地层深度处的基岩坍塌压力。(5)开展了砾石层围岩破坏机制仿真研究。基于西域组、库车组和康村组等三个地层的砾石分布特征,以土石混合体相关理论为支撑,利用PFC数值仿真平台,分析了模拟含砾岩心的单轴压缩特征及砾石层围岩破坏特征,为砾石层井壁稳定控制技术提供相应的理论参考。