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1、 第一章 钻井的工程地质条件n地下压力特性n岩石的工程力学性质第一节 地下压力特性一、地下各种压力的概念（一）静液压力（hydrostatic pressure）静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力。ph=0.00981H 式中：ph 静液压力, MPa； 液体的密度,g/cm3；H 液柱的垂直高度，m。压力梯度，表示静液压力随高度或深度的变化。 Gh ph / H0.00981淡水或淡盐水，Gh=0.00981 MPa/m；盐水， Gh= 0.0105 MPa/m。（二）上覆岩层压力（Overburden pressure）地层某处的上覆岩层压力是该处以上地层岩石基质和岩石孔隙中流体总重力
2、所产生的压力，用 p0 表示。式中：p0 上覆岩层压力，Mpa；H 地层垂直深度,m； 岩石孔隙度，%；ma 岩石骨架密度，g/cm3； 孔隙中流体密度，g/cm3。上覆岩层压力随深度增加而增大。沉积岩的上覆岩层压力梯度一般为0.0227兆帕/米。式中：G0 上覆岩层压力梯度，Mpa/m；poi 第i层段的上覆岩层压力，MPa；Hi 第i层段的厚度，m。oi 第i层段的平均密度，g/cm3。上式计算的是上覆岩层压力梯度的平均值。（三）地层压力（formation pressure）地层压力是指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层孔隙压力（formation pore pressure），用p
3、p 表示。正常地层压力等于从地表到地下某处的连续地层水的静液压力。异常地层压力：地层压力大于或小于正常地层压力。超过正常地层静液压力的地层压力(ppph)称为异常高压。而低于正常地层静液压力的地层压力(pp 。1、2及3都是由于地下岩石之间的作用而产生的应力，所以统称地应力。 (二) 井底各种压力对岩石性能的影响1. 地应力的影响某些试验表明，当地应力值太小，对钻进速度的影响不明显。理论分析表明，无论是垂直的上覆岩层压力或是水平的地应力(均匀的或非均匀的)都会影响井壁岩石的应力状态，从而影响到井壁的稳定。2. 液柱压力和孔隙压力的影响(1) 附加孔隙压力的常规三轴试验结果孔隙压力的作用降低了岩
4、石的各向压缩效应，也就是说孔隙压力 的存在会降低岩石的强度。 表1-10 有效应力的作用(2) 液柱压力的影响增大钻井液的液柱压力ph，其结果必然导致岩石的抗压入强度(即硬度)的增加和塑性的增加，并且在一定的液柱压力下，岩石从脆性破坏转为塑性破坏。将使机械钻速降低。表1-11 液压ph对岩石硬度的影响图1-18 液柱压力对钻井速度的影响 Rifle 页岩；Spraberry页岩Wyoming红层；Pennsylvanian灰岩Rush Spring砂岩；Ellenberger白云岩三、岩石的研磨性（rock abrasiveness）岩石磨损与之相接触的物体的能力，即岩石磨损钻头切削刃材料的能
5、力称为岩石的研磨性。研究岩石的研磨性对于正确地设计和选择使用钻头，延长钻头寿命，提高钻头进尺，提高钻井速度有重要的意义。研磨性磨损除了与摩擦付材料的性质有关外，还取决于摩擦的类型和特点，摩擦表面的形状和尺寸(例如表面的粗糙度)、摩擦面的温度、摩擦体的相对运动速度、摩擦体间的接触应力、磨损产物的性质及其清除情况、参与摩擦的介质等因素。四、岩石的可钻性（rock drillability）岩石可钻性是岩石抵抗破碎的能力。也是钻井时岩石破碎难易程度的具体表现。岩石可钻性是岩石在钻进过程中显示出的综合性指标，它取决于岩石自身的物理力学性质以及破碎岩石的工艺技术措施。微钻头在岩样上钻孔，通过实钻钻时(即钻速)确定岩样可钻性。我国将地层可钻性按Kd的整数值分为10级。本章结束！
