1)龍門山地震斷裂帶的地應力以7.7×10-4MPa/a的速度積累(王連傑等，2009)，選取的地應力數據時間跨度較長。
2)汶川地震時，各地應力釋放不壹致，部分地層釋放，而部分地層產生較高構造應力，形成異常應力，因此實測數據無法反映同壹地震前後的應力變化。
3)汶川地震時，地震斷裂帶及其附近的巖石遭受強烈的破碎，完整性差，影響了水壓致裂試驗測量數據的準確性。
4)本區發生過多次大地震，斷層泥總厚度約為150cm。每次地震活動並不完全沿著地震斷層的舊主滑動帶，而是沿著斷層泥的邊緣區域滑動，可能存在應力突變，改變地應力隨深度變化的規律。
WFSD科學鉆探所鉆地層為碳質泥巖、頁巖、砂巖、蝕變花崗巖和凝灰巖等。具有地層破碎、裂隙發育、斷層泥擴張和高地應力的特點。采用單動雙管取心鉆井，內管半封閉。有時半封閉管打開時，芯子比較完整，過壹會兒芯子表面出現裂紋，甚至芯子開裂；有時核心膨脹，使半封閉管道膨脹，造成內外管卡死。正是上述地應力的影響，使得WFSD項目鉆井施工異常困難，井內事故頻發，井壁穩定問題十分突出。
7.3.1地應力異常
在保證壹定擴徑率的前提下，WFSD 2井取心鉆進的泥漿密度為1350 ~ 1380 kg/m3。取心鉆至1270.11 ~ 1272.24m深度發生地層壓裂，泥漿未返出井口。泥漿密度1380kg/m3，環空壓力0.229MPa，井底當量泥漿循環密度1398 kg/m3。當泥漿密度降至1340kg/m3，井底當量泥漿循環密度為1358kg/m3時，泥漿循環恢復正常，出現“井漏、返排”現象。
“井漏返出”現象表明，該層破裂壓力當量密度僅為1.358 ~ 1.398kg/m3，而上部地層坍塌壓力當量密度為1.338kg/m3。考慮到環空泥漿循環壓力損失、起下鉆和開泵造成的壓力波動等因素，不可能在上下井段都建立安全的泥漿密度。泥漿密度大於1360kg/m3時的地層壓裂和泥漿漏失；當泥漿密度小於1320kg/m3時，上部井段坍塌，井壁收縮，鉆井受阻。WFSD 2井取芯鉆至1369.80m後，被迫下套管護壁，但在擴孔鉆過程中鉆具上提至1330.23m遇阻，開泵循環泥漿壓裂地層，井口不返漿，發生卡鉆事故，30.48m落魚爆破松動。打撈工具組合為:φ 200mm牙輪擴孔器鉆頭× 0.22m+φ 200mm金剛石擴孔器× 0.84m+φ 159mm鉆鋌× 9.08m+φ 200mm穩定器×1.09m，故強行側鉆障礙物。
對於這種下部地層破裂壓力當量密度與上部地層坍塌壓力當量密度相差不大的井眼，只能通過下套管護壁來解決井壁穩定問題。
7.3.2斷層泥的膨脹應力
斷層泥是斷層運動過程中，斷層附近的破碎巖石在高溫高壓下發生剪切、滑動、破碎、研磨和粘土礦化而形成的。它是活動斷裂帶的直接表現之壹。利用斷層泥中的礦物成分，可以推斷斷層形成時的溫度和壓力，進而推斷發震機制。
WFSD-1井野外調查和巖心編錄表明，龍門山斷裂帶北川-映秀斷裂帶寬約120米，有近80條含斷層泥的次級斷裂帶，斷層泥厚度從幾毫米到25厘米不等。斷層泥的主要礦物成分為伊利石、綠泥石和應時，其力學性質如下:
1)斷層泥的粒度分析表明，粒徑在0.075 ~ 0.005mm之間的斷層泥質量分數為32%，粒徑小於0.005mm的斷層泥質量分數為26%..可以推斷斷層泥在高溫高壓條件下經歷了破碎脫水過程。與斷層角礫巖相比，斷層泥在斷層活動過程中孔隙度減小，視密度增大，釋放出壹定空間吸收斷層附近巖石的變形，降低斷層附近的地應力。
2)隨著時間的推移，斷層泥不斷從外界吸收水分，使其含水量不斷增加。研究表明，斷層泥的內聚力、內摩擦系數和初始流變應力隨著含水量的增加而負向減小。根據式(4.23)和式(4.24)，斷層泥破壞時作用在剪切面上的剪應力減小，地層坍塌壓力的當量密度增大。WFSD 2井地層破裂壓力當量密度低，在1270.11 ~ 1272.24m，劃眼和全鉆階段泥漿密度只有1320kg/m3，每次起下鉆都遇阻，劃眼高達1330。
3)隨著含水量的增加，斷層泥擴張，應力增大，逐漸達到應力平衡狀態。鉆孔的形成打破了地應力的平衡狀態，斷層泥因吸附的泥漿失水而膨脹，導致斷層泥段的鉆孔收縮，斷層角礫巖段坍塌。WFSD-1井、WFSD-2井和WFSD-3井在鉆井過程中多次被卡。WFSD 2井嚴重擴徑，井深638.01 ~ 842.25米，其中704米處最大直徑429.26毫米(取心鉆頭外徑150毫米)。圖7.2顯示了WFSD 2井鉆探的龍門山斷裂帶的代表性斷層泥。鉆頭內徑95mm，斷層泥巖心直徑擴大到101mm，半節管擴大(圖7.3)，內外管卡死，半節管無法從外管中取出。
圖7.2 WFSD 2井斷層泥
圖7.3斷層泥的擴張導致半封閉管道的擴張。
7.3.3密度微調法確定地層坍塌壓力和破裂壓力(張培鋒，2012)
從式(4.23)和(4.24)可以看出，掌握所鉆地層的應力狀態是建立安全鉆井鉆井液當量密度窗口的基礎，地應力測試方法主要有現場水力壓裂測試和室內聲發射測試。由於水力壓裂測試需要關井試壓，直至地層或套管固結的水泥環漏失，以確定其最大承載能力，很多人擔心由此帶來的不良後果；其次，龍門山地震斷裂帶地層破碎，水壓致裂試驗方法誤差較大；第三，對於龍門山地震斷裂帶復雜的地應力，不可能用壹口井的水壓致裂試驗反復測試地應力。室內聲發射檢測方法往往滯後於鉆井施工。作者推薦壹種簡單直接的測量地層坍塌壓力和破裂壓力的方法——鉆井液密度微調法。
在泥漿循環過程中，作用在井壁上的外壓力是泥漿柱的靜壓力和環空壓降之和，即:
科學超深鉆井技術方案預研專項成果報告(第二卷)
式中:Pb為井底壓力；Pm為泥漿液柱的靜壓力；Pa是環形流的壓降。
等式(7.3)可以采用等效密度的表達式:
科學超深鉆井技術方案預研專項成果報告(第二卷)
式中:ρb為井底壓力當量密度；ρm為泥漿密度；ρa是環空動壓的當量密度。
根據公式(4.23)和(4.24)，當井底壓力當量密度大於地層坍塌壓力當量密度ρc時，地層不會坍塌或收縮；當井底壓力的當量密度小於地層破裂壓力的當量密度ρf時，地層不會破裂。
從公式(7.4)可以看出，井底壓力可以通過調整泥漿密度或環空動壓當量密度來控制。環空動壓當量密度的調整是通過調整泥漿排量和泥漿流變參數來實現的。由於其復雜性和可調範圍窄，壹般不采用調整環空動壓當量密度的方法，而采用調整泥漿密度的方法。而環空動壓當量密度這壹壓力附加量，很容易通過啟停泵來施加或消失，即在開泵的情況下，井底壓力當量密度由公式(7.4)計算；停泵條件下，井底壓力當量密度的表達式為:
科學超深鉆井技術方案預研專項成果報告(第二卷)
如圖7.4所示，假設循環時泥漿密度為ρa 1(A點)，井底壓力當量密度為(ρb1=ρa1+ρa)，地層坍塌或收縮，則停泵時，泥漿密度增加壹個環空動壓當量密度ρA，泥漿靜止時井底壓力當量密度也為(ρ A2)。因此，可以將環空動壓的當量密度值ρa作為泥漿密度的微調量，逐步提高泥漿密度。泥漿循環時，不會發生地層坍塌或收縮。此時井底壓力的當量密度(ρa3+ρa，B點)就是地層坍塌壓力ρ c的當量密度；繼續逐步增加泥漿密度，直至泥漿循環過程中出現地層破裂，井底壓力當量密度(ρb5=ρa5+ρa，C點)即為地層破裂壓力當量密度ρf。
圖7.4鉆井液密度微調測試原理
環空動壓的當量密度值ρa可通過相關公式計算。壹般來說，環空動壓當量密度為:泥漿密度低於1200kg/m3的輕泥漿，ρa為20 ~ 40k g/m3；對於泥漿密度高於1500kg/m3的重泥漿，ρa為40 ~ 60kg/m3；當高粘度重泥漿或環空返速大於1.0m/s時，ρa可能超過100kg/m3，當低粘度輕泥漿或環空返速小於0.5m/s時，ρa可能低於10kg/m3。
根據圖7.4，井壁穩定的條件如下:
科學超深鉆井技術方案預研專項成果報告(第二卷)
考慮到鉆井加速期井底壓力當量密度(最小值)大於或等於地層坍塌壓力當量密度，鉆井加速期井底壓力當量密度(最大值)小於或等於地層破裂壓力當量密度，或開泵循環泥漿時，井壁穩定的泥漿密度範圍如下:
科學超深鉆井技術方案預研專項成果報告(第二卷)
在公式(7.7)、(7.8)、(7.9)和(7.10)中，ρ1為提升加速過程中環空壓降的當量密度；ρ2為下鉆加速期或開泵瞬間的環空壓降當量密度，等於ρ21和ρ22之間的較大值；Va是泥漿向上的速度；D為鉆井液環空流動通道，D=Dh-Dp，Dh為鉆井直徑，Dp為鉆桿外徑；D0為當量鉆桿內徑，為內管被拉下時的過水段當量直徑；f為範寧摩擦系數，其值取決於鉆井液的流變方式和流動狀態。流動狀態為層流時，雷諾數Re≥2100；流型為湍流時，雷諾數Re < 2100；Vm為上提或下鉆加速期間泥漿的最大上升速度，其中Kf為泥漿的粘滯系數，無量綱，可近似取Kf = 0.45；Vp為提升或起下鉆加速期間泥漿的平均上升速度；Ap是提升或跳閘的加速度。