中国石油大学钻井工程第一章地质条件张辉.ppt

第一章 钻井的工程地质条件 第一节 地下压力特性 第二节 岩石的工程力学性质 第一节 地下压力特性 一、各种压力的概念 二、地层压力评价 三、破裂压力 第一节 地下压力特性 静液柱压力 上覆岩层压力 地层压力　☆ 基岩应力 地层破裂压力　☆ (一)静液柱压力 　由液柱自身的重力所引起的压力。 上覆岩层压力由岩石的基质颗粒和孔隙中的流体共同承担。 基岩应力是岩石颗粒间相互接触支撑的那一部分上覆岩层压力，亦称有效上覆岩层压力、骨架应力或颗粒间压力，用?表示。 上覆岩层压力、地层压力和基岩应力之间的关系是： 异常低压产生原因： （1）生产多年而又没有压力补充的枯竭油气层。 （2）地下水位极低。 二、地层压力评价 （一）地层压力预测 声波时差法 泥页岩地层声波时差与孔隙度之间关系： 式中：φ — 岩石孔隙度, ％； Δt — 地层的声波时差，微秒/米； Δtm — 基岩的声波时差, 微秒/米； Δtf — 地层孔隙内流体的声波时差，微秒/米。 声波时差法 正常沉积条件下，泥页岩的孔隙度随深度的变化规律为： φ＝φ0e-cH 式中：φ — 泥页岩的孔隙度， ％； 　 φ0 — 泥页岩在地面的孔隙度， ％； 　 c — 常数; H — 井深，米。　 声波时差法 声波时差与井深关系： 声波时差法 根据声波时差进行地层压力评价 依据是地层压实理论或地层欠压实理论 正常压力地层： 　 H↗→?↗， ? ↘→VP↗→ Δt ↘； 异常高压层：地层欠压实，?↗，?↘ →VP↘ →Δt↗。 声波时差法计算地层压力步骤如下： (1)在声波时差测井资料上选择纯泥页岩层，以5m左右为间隔点在测井曲线上读出井深和相应的声波时差值，并在半对数坐标纸上描点。 (2)在已知的正常地层压力井段，根据尽可能多的数据点引出声波时差随井深变化的正常趋势线，并将其延伸至异常高压井段。 (3)读出某深度的实测声波时差Δt和该深度所对应的正常趋势线上的声波时差Δtn，并计算Δt－Δtn。 (4) 在Δt－Δtn和Gp关系曲线上读出Δt－Δtn所对应的Gp，用Gp乘以井深H，得其深度的地层压力。 课堂回顾 （二）地层压力监测 2.基本原理 （1）数据采集与整理 　在资料采集和整理中，要注意“七个不要”、“三个去掉”： “七个不要”：一切不属于正常钻井的数据不要。 非泥岩、页岩层， 井底不干净，（井眼净化不充分） 纠斜吊打， 磨进， 取心， 新旧钻头交界处的异常值（钻头使用后期磨损严重） 地质不整合面（大的沉积间断、断层等）等。 “三个去掉”： 受地质条件、岩性变化影响的数据去掉； 局部井段受水力作用影响的数据去掉； 受钻头类型影响的数据去掉。 （3）绘制曲线，回归处理 （4）地层压力计算 新模式与前述三个模式相比有两个显著特点： 地应力一般是不均匀的，模式中包括了三个主应力的影响。垂直应力可以认为是由上覆岩层重力引起的。 地层的破裂是由井壁上的应力状态决定的。深部地层的水压致裂是由于井壁上的有效切向应力达到或超过了岩石的抗拉强度。 (1)循环调节泥浆性能，保证泥浆性能稳定，上提钻头至套管鞋内，关闭防喷器。 (2)用较小排量0.66～1.32 L/s向井内注入泥浆，并记录各个时期的注入量及立管压力。 (3)做立管压力与累计泵入量的关系曲线图。 (5) 求地层破裂压力当量密度ρf ρf＝ρm＋pL/(0.00981D) ρm— 试验用泥浆密度，g/cm3； D — 试验井深，m。 （1）计算地层破裂压力时，以漏失压力为准； （2）计算深度D是指套管下入深度，而不是井深； （3）破裂处地层的压力应该等于表现在立管上的压力与压力表以下液柱形成的压力之和。 第一节 地下压力特性 一、压力概念 二、地层压力评价 三、破裂压力 常见岩石的弹性模量与泊松比 1. 岩石强度的概念 岩石在外力作用下达到破坏时的应力称为岩石的强度，是岩石在一定条件下抵抗外力破坏的能力。 影响岩石强度的因素： 内因：岩石的矿物成分，胶结物的成分；矿物颗粒的尺寸；岩石的密度和孔隙度等。 外因：岩石的受载方式，岩石的应力状态等。 3. 复杂应力条件下岩石的强度 岩石的硬度是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力。 硬度与抗压强度区别： 前者只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而后者则是固体抵抗固体整体破坏时的阻力。 前者反映岩石颗粒的硬度，其对钻进过程中工具的磨损起重大影响； 后者反映岩石的组合硬度，其对钻进时岩石破碎速度起重大影响。 测量岩石硬度的方法