隨著地質鉆井技術的不斷進步，鉆井井深逐步增大。由于井深的不斷增加，在地層壓力梯度及溫度梯度的影響下，使得深井和超深井處于一個高溫高壓的地質環境中。然而由于地層溫度梯度及循環鉆井液兩者的雙重作用下，使得深部地層的物理力學性質發生了一定的變化。
由于溫差的作用，使得井壁及圍巖之間產生了一定的附加熱應力，同時井壁及圍巖的溫度也處于不斷的變化之中，從而使井壁處的巖石易發生疲勞破壞，使井眼更易發生剪切或坍塌破壞。井壁的失穩不僅會引起井眼擴大、卡鉆、拖延工期等問題，嚴重時甚至會導致井眼報廢等事故。這些事故不僅延長了鉆井周期，而且使得鉆井成本也逐漸增加。據估計，每年由于井壁失穩事故所帶來的損失達5～6億美元的資金，從而使得井壁穩定性問題成為世界的題。在地質深井及超深井鉆探過程中，其深部罔巖主要為結晶巖類地層，為了進一步了解溫度對地質深井、超深井井壁穩定性的相關影響，本文選取了結晶巖類中的花崗巖地層作為研究對象，其主要是由于花崗巖的分布范圍較廣，且其巖體規模較大等特點。
總結國外的研究可以看出，關于井壁穩定性問題進行的研究主要針對的是泥頁巖地層。然而對于深井、超深井的結晶巖類圍巖地層的井壁穩定性還沒有太多的關注。如Chenevert M E¨通過對泥頁巖水化問題的研究，得出了泥頁巖的水化膨脹壓與內水活度的相關函數關系；YewCH，etal_2通過熱擴散模型模擬了泥頁巖的吸附水擴散，同時將泥頁巖的力學數與其總含水量相結合，從而得到力學與化學耦合作用后，柱坐標下的應力、應變及位移等關結論；李榮等通過對泥頁巖進行的巖石三軸試驗，得出了泊松比、內聚力等力學參數，并通過對泥頁巖井壁的力學分析，進而求出井壁穩定時所需要的鉆井液密度安全窗口；王興隆等通過研究溫度因素對泥頁巖近井地帶孔隙壓力影響的相關研究，建立了溫度場與地層孔隙壓力耦合的多孔彈性模型，應用差分法求解得出冷卻鉆井液更有益于井壁的穩定的結論；王京印通過對泥頁巖力學一化學耦合井壁穩定性的理論分析和相關的實驗研究，研發了泥頁巖力學一化學耦合壓力傳遞實驗儀，該儀器的功能和穩定性等方面都已達到國際水平，同時開發了相關的坍塌壓力數值模擬軟件。
其次，關于結晶巖類地層的研究目前仍處于室內力學試驗研究階段，并沒有將巖石力學試驗與井壁穩定性相結合。例如，許錫昌和劉泉聲主要針對花崗巖在單軸壓縮(20～600 oC)狀態下的主要力學參數隨溫度變化的相關規律進行了初步研究，并分別指出花崗巖彈性模量和單軸抗壓強度的門檻溫度值為75、200℃；杜守繼等”針對溫度變化范圍為常溫一8000(=時，加溫后花崗巖的應力一應變曲線、峰值應力、峰值應變、彈性模量及泊松比的變化情況得出，當加熱溫度<400℃時，高溫后花崗巖巖樣的力學性能沒有明顯的變化。當加熱溫度>400后，隨著加熱溫度的升高，其高溫后的力學性能迅速劣化，主要表現為巖樣的峰值應力、彈性模量急劇降低，而峰值應變迅速增長。高溫后的花崗巖泊松比隨著溫度的升高呈遞減趨勢。
為了進一步針對地質深井、超深井井壁穩定性問題進行研究，本文主要采用深井、超深井鉆遇的花崗巖地層進行相關的室內力學試驗，并將其得到的研究結果與井壁穩定性的研究相結合，從而為深井、超深井的井壁穩定做出一定的借鑒。由于實際鉆井過程中，為了達到攜帶巖屑、冷卻鉆頭等相關的鉆探目的，鉆井液處于不斷的循環流動中，進而使得井壁巖石的溫度處于不斷的變化之中。因此，為了模擬實際鉆井過程中，由于溫度的變化對地質深井、超深井井壁穩定性所帶來的影響作用，本文將試驗選取的花崗巖巖樣進行了相關的加熱和冷卻。最后，通過利用超聲波儀器實驗和巖石常規三軸力學試驗得到溫度對花崗巖物理力學性質的影響，從而進一步充分的理解溫度與井壁穩定性的相互關系。
為了將深井、超深井鉆遇的花崗巖地層井壁穩定性問題與室內巖石力學試驗更充分地結合起來，本文通過將花崗巖巖樣進行了一定的加溫、降溫處理，從而模擬實際鉆井過程中鉆井液對花崗巖地層的溫度影響。同時，利用室內巖石力學試驗將宏觀的試驗現象與井壁的力學模型和失穩現象加以聯系。
一、試驗制作
試樣采自于北京～昌平八達嶺巖體，呈肉紅色，主要成分為石英、長石、角閃石及少量膠結物，其密度為2．254 g／er a。。試樣采用直徑為50 m m的巖心。后經切割、磨削等工藝，制成為直徑50 m m、長度100 m m的圓柱形花崗巖巖樣。該巖樣經檢驗符合國際巖石力學學會關于巖樣高徑比2～2．5倍的要求，其加工精度符合我國《巖石試驗方法標準》(G B50128—94)。
二、加溫設備及加溫過程
實驗中的加熱儀器選用SX一4—10型箱式電阻爐。該電阻爐的工作溫度為1000 oC，采用K SW一5—12型溫度控制器進行控溫，爐膛尺寸為深300m m，寬200 m m，高120 m m。實驗步驟：將巖樣放置于電阻爐的中心部分，分別距爐膛前后壁3 cm左右；將巖樣加熱至設計溫度后，保溫2 h，水冷至室溫。在實驗過程中發現，加熱至300、400℃后的巖樣較原始巖樣顏色偏暗紅色(圖1)，其原因可能是由于巖樣中含有的Fe元素氧化為Fe。
三、試驗設備及方法
巖石的縱波波速測量采用SY C一2型聲波巖石參數測試儀。該儀器包括發射機、接收機、電源凈化器及ST換能器等裝置。
換能器對巖樣進行縱波波速測試。該實驗重復2次，分別測量加溫前后巖樣的縱波波速。采用中國石油大學(北京)石油與天然氣學院的TA W一1000型深水孔隙壓力伺服實驗系統，對巖石試樣進行的常規三軸壓縮試驗。其中，變形速度為0.05mnv'min，負荷移動速度為100 N／s。實驗中所使用的軸向和徑向位移傳感器的限值分別為4和2 m m。為了防止液壓油對試驗巖樣的浸染，在巖樣外面加裹一層厚度為3mm熱縮管進行保護。通過對常規三軸壓縮試驗中巖樣的軸向和徑向位移做出監測，并以此為依據確定巖石力學參數及破壞情況等。試驗內容：取加熱完成的巖樣20塊，分為5組。每組巖樣分別都進行圍壓為5、10、15、20MPa時的三軸壓縮。http://www.hnqxt.com
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