1钻井工程地质条件

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1、应知应会第一章 钻井工程地质特性1.名次解释：地层压力、上覆岩层压力、地层破裂压力、当 量密度、压持效应。2.上覆岩层压力、地层压力、基岩应力之间的关系。3.异常高压形成的必要条件。4.沉积型异常高压层的形成原因。5.简述声波时差法检测异常高压层的原理和依据。 6.简述dc指数法检测异常高压层的原理和依据。7.中原油田文72-1井，井深1900米，9-5/8技术套管下至 1890m，做液压试验，钻井液的密度为1.15g/cm3，测得 ：漏失压力PL=4.5MPa，开裂压力PR=6.9MPa，传播压力 PrRo=4.2MPa，求地层破裂压力及其当量密度。应知应会第一章 钻井工程地质特性8.岩石的

2、硬度与抗压强度有何异同？9 .岩石塑性系数是怎样定义的？简述脆性、脆塑性和塑性岩石 在压入破碎时的特点。 10 .一般地讲，根据受力性质不同岩石有几种强度？按由小到 大顺序如何？11.岩石受围压作用时，其强度和脆塑性是怎样变化的？ 12.常用什么方法测定岩石的单轴抗拉强度？为什么？13.概念：岩石的研磨性、岩石可钻性14.岩石的矿物组成、胶结物强度、颗粒大小和密度对岩石强 度各有何影响？ 第一章 钻井工程地质条件 1-1地下压力特性 1-2 岩石的工程力学性质1-1 地下压力特性一、地下各种压力的概念二、二、地层压力预监测三、地层破裂压力第一章 钻井工程地质特性一、地下各种压力的概念 （一）静

3、液压力（hydrostatic pressure） 静液压力由液柱自身的重力所引起的压力,其大小与液 体的密度与液柱的垂直高度或深度。ph=0.00981hl (11)式中：ph压力, MPa；密度,g/cm3；hl 液柱垂直垂直高度 ，m。静液压力梯度单位高度或单位深度的液柱压力称为静 液压力梯度，表示静液压力随高度或深度的变化。Gh ph / hl0.00981两类地层水：淡水： Gh=0.00981 MPa/m；=1.0 g/cm3盐水：Gh= 0.0105 MPa/m；=1.05 g/cm3（1-2 ）第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性（二）上覆岩层压力（Overburde

4、n pressur）上覆岩层压力地层某处的上覆岩层压力是该处以上地层（包括 岩石基质和岩石孔隙中流体）总重力所产生的压力。式中：p0 上覆岩层压力，MPa；D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；0地层密度， g/cm3。(1-3)(1- 4)(1- 5)第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性上覆岩层压力梯度覆岩层压力随深度增加而增大。沉积岩的平均密度大约为2.5克/厘3，上覆岩层压力梯度一般为 0.0227兆帕/米。在实际钻井过程中，以钻台作为上覆岩层压力的基准面。（1-6 ）第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性（三）地

5、层压力（formation pressue）地层压力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 pressue），用pp 表示。正常地层压力 等于静液压力，pp=ph。异常地层压力 地层压力大于或小于正常地层压力。超过正常地层压力的地层压力(ppph)称为异常高压。低于正常地层静液压力的地层压力(pp pp+ 3321第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性3.预测方法（1）Hubbert&Willis（1957）认为： 三维不均匀应力状态，123，且3= (1/31/2)1 井内液压力必须克服地层孔隙压力和最小有效水平地应力时地层才能破裂。（2）Ma

6、thews & Kelly(1967)认为： 水平均匀地应力状态，3=2=Ki(D)1 井内液柱压力必须克服地层孔隙 压力和最小有效 水平地应力时地层才能破裂。（1-21）（1-20 ）第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性（3）Eaton(1969) 认为： 水平均匀地应力状态， 井内液压必须克服地层孔隙压力和最小有效水平 地应力时地层才能破裂。（4）黄荣樽（1985）认为： 井壁岩石处于三维不均匀应力状态， 1 2 3 ； 水平地应力由上覆岩层压力和构造力 两部分产生； 当 井内液压力超过井壁上某一点处的地层孔隙压力、切 向（周向）有效应力和岩石的抗拉强度，地层开裂。（1-22）（

7、1-23）（1-24 ） 式中：，由现场压裂实验数据求得；St岩心抗拉试验求得。第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性从图上确定各个压力值，漏失压力为PL，即开始偏离直线点的压力，其后压力继续上升； 开裂压力Pr，压力升到最大值； 传播压力Prro，最大值过后压力下降并趋于平缓，(5)液压实验法（漏失试验） 1）步骤 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。用较小排量0.661.32 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。做立管压力与累计泵入量的关系曲线图用哪一个压力？第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性漏失压力试验PLPr

8、PrRO液压试验曲线第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性（2）计算地层破裂压力（3）注意事项 试验过程中： 试验测定的是套管鞋处裸露地层的破裂压力。地层破裂压力当量密度原因？ 关闭防喷器。用较小排量0.661.32 L/s向井内注入泥浆。使用正常 钻进排量 ？第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性计算过程中： 计算地层破裂压力时，在钻井过程中应以漏失压力为准 ；在压裂过程中应以破裂压力为准 。原因？ ，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。 计算深度H是指套管下入深度，而不是井深；第一章 钻井工程地质特性 1-1 地下压力特性1-2 岩石的

9、工程力学性质第一章 钻井工程地质特性一、岩石的类型及结构特点二、岩石的机械性质（力学性质）三、影响岩石力学性质的因素 四、岩石的可钻性和研磨性一、岩石的类型及结构特点 1. 岩石的组成岩石是矿物颗粒的集合体，颗粒之间或者靠直接接触面上的作用力联结， 或者 由外来的胶结物胶结。大多数岩石由两种以上的矿物成分组成。矿物是具有固定的化学成分和确定的物理性质的天然无机化合物。除了硫、 碳的矿物及少数金属外，绝大多数矿物是由两种以上元素组成的化合物。 主要造岩矿物一览表（P22，表1-1）。 2. 岩石的类型岩石可分为三大类：火成岩（岩浆岩）由岩浆（硅酸盐）容体冷凝而成。如花岗岩、玄 武岩、 橄榄岩、安

10、山岩等。变质岩火成岩和沉积岩等由于高温高压作用或外来物质的加入，改 变了原来的成分、结构，变成新的岩石。如花岗岩片麻岩，石灰岩大理岩，石英砂岩石英岩等。沉积岩母岩风化后的产物经过搬运、沉积和成岩作用而形成的岩石。如泥岩、砂岩、石灰岩、白云岩、石膏、岩盐 。 第一章 钻井工程地质特性 1-2 岩石的工程力学性质 沉积岩类型（1） 碎屑岩母岩风化后的物质经机械沉积作用后形成的岩石。碎屑颗粒（岩石 碎屑、 矿物碎屑）由胶结物（泥质、铁质、钙质、硅质）胶结在一起。 砾岩：颗粒大于1mm。主要是火成岩、变质岩碎屑，碎屑间由胶结物充填 。砂岩：颗粒0.11mm。石英、长石、辉石、角闪石、云母等矿物颗粒+胶

11、结物粉砂岩：介于砂岩和泥岩之间的一类岩石，颗粒尺寸0.10.01mm。泥 岩：颗粒小于0.01mm。主要成分为粘土矿物，并含有部分碎屑物质（石英、长石、云母等）。巨砾：1m；粗砾：1001000mm；中砾：10100mm；细砾：110mm粗砂：0.51mm；中砂：0.250.5mm；细砂：0.10.25mm第一章 钻井工程地质特性 1-2 岩石的工程力学性质（2） 化学沉积岩母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用后形成晶质岩石。 碳酸盐岩石灰岩，主要成分为石灰石（CaCO3）白云岩，主要成分为白云石（MgCa(CO3)2） 硫酸盐岩石膏（CaSO4）岩 盐 石盐（NaCl） 在沉积岩中：泥岩60%

12、，砂岩30%，碳酸盐岩居第三位 。 3. 沉积岩的特点 （1）结构特点 结构指岩石的微观组织特征，包括矿物成分、颗粒大小、形状及排 列方 式、颗粒间的联结情况等。 特点：矿物成分不确定、颗粒大小不等、颗粒形状多样、颗 粒分布不均匀、胶结强度有强有弱。 （2）构造特点 构造指岩石的宏观组织特征，是指岩石组分的空间分布及其相互间 的位 置关系。如层理、页理、节理（裂隙）、孔隙度等。第一章 钻井工程地质特性 1-2 岩石的工程力学性质层理岩石一层层迭起来的现象。倾斜的层状结构是沉积岩的主要构造特征。形成层理的原因： 颗粒大小在纵向上的变化 岩石成分在纵向剖面上的变化 某些矿物颗粒的定向排列颗粒大小变

13、化岩石成分变化某些矿物颗粒定向排列第一章 钻井工程地质特性 1-2 岩石的工程力学性质（3）各向异性和非均质性各向异性如果物体的某一性质随方向的不同而不同，则称物体的这种特性 为各向异性。岩石一般具有各向异性的性质。如在垂直于和平行于层理面的方 向上，岩石的力学性质（弹性、强度等）有较大的差异。岩石的各向异性性质是由岩石的构造特点所决定的。结晶矿物颗粒的定 向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有各向异性的特点。 不均质性如果物体中的不同部分的物理、化学性质不同，称该物体是不均质的。 岩石一般为非均质体。这是由岩石成分、颗粒大小、颗粒间的联结强度 、 孔隙度（密度）的不均匀性所造成的。测定岩石的

14、力学性质时，不同部位的实验结果常存在很大的差异。因此 ，应采用统计学理论，取合适的均值作为代表。第一章 钻井工程地质特性 1-2 岩石的工程力学性质二、岩石的机械性质（力学性质） 1.概念 岩石的力学性质岩石受力后表现出来的变形特性和强度特性。 弹性岩石在外力作用下产生变形，外力撤除后变形随之消失，恢复到原来的形状和体积的性质称为弹性。相应的变形称为弹性变形。 塑性岩石在外力作用下产生变形，外力撤除后变形不能完全恢复的性质。相应的残余变形称为塑性变形。 脆性岩石在外力作用下变形量很小（小于3%）时就发生破坏的 性质。相应的破坏称为脆性破坏。 强度岩石在外力作用下发生破坏时的最大应力。抗拉强度岩

15、石单纯受拉伸应力作用时的强度。抗压强度岩石单纯受压缩应力力作用时的强度。抗剪强度岩石单纯受剪切应力作用时的强度抗弯强度岩石单纯受弯曲应力作用时的强度第一章 钻井工程地质特性 1-2 岩石的工程力学性质2. 简单应力条件下岩石的力学性质简单应力条件：岩石受单一外载（压、拉、剪、弯）作用。（1）试验方法第一章 钻井工程地质特性 1-2 岩石的工程力学性质（2）一般规律： 在简单应力条件下，大部分岩石都接近弹性脆性体，岩石 的破坏表现为脆性破坏。 岩石的弹性模量与所加载荷大小及应变种类有关。当载荷较小时，弹性模量接近常数，且各种应变情况下的弹性模量相差不大。当载荷较大时，在受压缩的情况下，弹性模量将随载荷的增大而增大；在受拉伸的情况，弹性模量则随载荷的增大而减小。 在动外力（如声波）作用下，大多数岩石服从直线虎克定律 。 抗拉强度抗弯强度抗剪强度抗压强度。 垂直于地层层面方向的岩石强度平行于地层层面方向 的岩石强度。第一章 钻井工程地质特性 1-2 岩石的工程力学性质3. 复杂应力条件下岩石的力学性质(1) 三轴岩石试验 12=3111232=