第一节第一节 研究方法研究方法 地应力和岩石强度研究地应力和岩石强度研究在油气田开发工程中的应用在油气田开发工程中的应用钻井、射孔及井下作业设计等钻井、射孔及井下作业设计等用途用途1.1.地质资料分析地质资料分析 2.2.岩心测试技术岩心测试技术 3.3.测井资料分析测井资料分析1 测井资料分析技术一一. .利用成像测井资料研究地应力大小及方向利用成像测井资料研究地应力大小及方向 ( (一一) )基基于于井井壁壁应应力力崩崩落落和和应应力力垮垮塌塌特特征征确确定定应应力力大大小小及方向及方向 1. 1.特征特征: : 应应力力崩崩落落和和垮垮塌塌的的方方向向与与区区域域最最小小水水平平主主应应力力方方向向一一致致. .它它是是钻钻井井过过程程中中, ,井井壁壁附附近近应应力力集集中中产产生生剪剪切切破破坏的结果坏的结果. . 在成像测井图上在成像测井图上, ,崩落和垮塌区域有明显的对称性崩落和垮塌区域有明显的对称性. .2 井井眼眼崩崩落落井井眼眼崩崩落落3 2.地应力估算地应力估算 4 (二二)利用钻井诱导缝确定地应力方向利用钻井诱导缝确定地应力方向 裂缝产生原因裂缝产生原因: : 钻具震动钻具震动 热差诱导热差诱导 重泥浆压裂重泥浆压裂 应力释放应力释放5 诱导裂缝特征诱导裂缝特征: :•震动裂缝震动裂缝: :裂缝宽度微小、径向延伸短，在裂缝宽度微小、径向延伸短，在FMIFMI 上有高电导异常，但在上有高电导异常，但在ARIARI图象上无显示图象上无显示•热差诱导热差诱导：由钻井也与地层温度的差别，使地：由钻井也与地层温度的差别，使地 层产生收缩而产生微裂隙和裂纹层产生收缩而产生微裂隙和裂纹•应力释放应力释放：地层被钻穿后，由于应力释放而产：地层被钻穿后，由于应力释放而产 生的裂缝，其特点是接近平行的高角度裂缝生的裂缝，其特点是接近平行的高角度裂缝•重泥浆压裂重泥浆压裂：由于泥浆密度过大所致，多数产：由于泥浆密度过大所致，多数产 高角度裂缝，且张开度和延伸都较大高角度裂缝，且张开度和延伸都较大 天然裂缝与人工诱导裂缝的鉴别天然裂缝与人工诱导裂缝的鉴别 6 n诱导裂缝只与就地应力有密切的关系，故排列整齐诱导裂缝只与就地应力有密切的关系，故排列整齐 整齐，规律性强；而天然裂缝常为多期构造运动形整齐，规律性强；而天然裂缝常为多期构造运动形 ，又遭地下水的溶蚀和沉积作用的改造，因而分别，又遭地下水的溶蚀和沉积作用的改造，因而分别 极不规则。
极不规则n天然裂缝因常遭溶蚀和褶皱的作用，故裂缝面总不天然裂缝因常遭溶蚀和褶皱的作用，故裂缝面总不 规则，且裂缝宽度有较大的变化；而诱导裂缝的缝规则，且裂缝宽度有较大的变化；而诱导裂缝的缝 面形状规则且宽度变化很小面形状规则且宽度变化很小n诱导裂缝的径向延伸都不大，故深探测电阻率下降诱导裂缝的径向延伸都不大，故深探测电阻率下降 不很明显不很明显7 8 9 10 11 12 13 14 15 二、利用双井径资料确定地应力方向二、利用双井径资料确定地应力方向 （一）井壁垮塌的双井径曲线特征（一）井壁垮塌的双井径曲线特征 1.1.溶蚀型椭圆井眼溶蚀型椭圆井眼 2. 2.冲蚀型椭圆井眼冲蚀型椭圆井眼 3. 3.键槽变形井眼键槽变形井眼 4. 4.应力椭圆型井眼应力椭圆型井眼16 地层倾角测井仪极板经过不同产状地层倾角测井仪极板经过不同产状裂缝时的微电阻率曲线示意图裂缝时的微电阻率曲线示意图17 18 二二.利用双井径资料确定椭圆井眼长轴方位利用双井径资料确定椭圆井眼长轴方位 和应力方位和应力方位三三.水平应力的计算水平应力的计算1967,Matthews和和Kelly模型模型1969,Eaton模型模型1973,Anderson模型模型1986,Newberry模型模型19 n估算地层异常压力的意义估算地层异常压力的意义n产生地层异常压力的原因产生地层异常压力的原因n用测井资料估算地层异常压力的原理及方法用测井资料估算地层异常压力的原理及方法第二节第二节 地层孔隙压力预测地层孔隙压力预测20 产生异常压力的主要原因产生异常压力的主要原因: 岩层在沉积过程中岩层在沉积过程中, ,若伴生水不能及若伴生水不能及时排出时排出, ,则压实作用受到阻碍则压实作用受到阻碍, ,岩石骨架岩石骨架应力减小应力减小, ,根据力的平衡关系式根据力的平衡关系式 P PS S= =σ σ + +P P可知可知, ,孔隙压力将随着埋深增加而增加孔隙压力将随着埋深增加而增加. .结果使得超压层段具有结果使得超压层段具有较低的体积密较低的体积密度和较高的孔隙度度和较高的孔隙度. .21 估算地层异常压力的原理及方法估算地层异常压力的原理及方法 正常情况下正常情况下,泥岩层的孔隙度随深度的增加而减泥岩层的孔隙度随深度的增加而减小小,孔隙度与深度呈指数衰减关系孔隙度与深度呈指数衰减关系,即即:声波时差与深度有类似的关系声波时差与深度有类似的关系,即即: 或者22 23 24 相似的各种粘土矿物相似的各种粘土矿物, ,在承受相在承受相同的上覆地层压力时同的上覆地层压力时, ,包括孔隙在包括孔隙在内的总体积应相等内的总体积应相等. .反之反之, ,在原位置在原位置上有相同孔隙度的两个类似的粘土上有相同孔隙度的两个类似的粘土或泥岩层或泥岩层, ,其骨架承受的压应力必其骨架承受的压应力必定相等定相等, ,而与各自的埋深无关而与各自的埋深无关. .25 由由得得将将D1带入带入P2,最后得到：最后得到：26 第三节第三节 利用测井资料估算岩石机械特性利用测井资料估算岩石机械特性一一. .岩石强度分析岩石强度分析 1. 1.岩石弹性模量之间的关系式岩石弹性模量之间的关系式27 28 29 30 二.用测井资料估算岩石破裂压力 (1)Hubbert和Wills法31 32 33 第四节 岩石强度及地应力资料的应用 在在“安全安全”钻井液密度确定中的应用钻井液密度确定中的应用在优化射孔设计中的应用在优化射孔设计中的应用何谓何谓“安全钻井液密度安全钻井液密度”？？在钻井过程中，钻井液取代了在钻井过程中，钻井液取代了井眼处的岩石，当井壁液柱压井眼处的岩石，当井壁液柱压力太低或太高时，分别会出现力太低或太高时，分别会出现什么情况？什么情况？太低：井壁坍塌；太低：井壁坍塌；太高：井壁张性破裂。
太高：井壁张性破裂安全安全”范围：范围：??“安全安全”钻井液液柱压力的上下限钻井液液柱压力的上下限上限：破裂压力；上限：破裂压力；下限：坍塌压力下限：坍塌压力34 井壁坍塌和破裂压力的计算井壁坍塌和破裂压力的计算 根据根据Mohr-Coulomb破坏破坏判据导出保持井壁稳定所需判据导出保持井壁稳定所需的钻井液柱压力下限为：的钻井液柱压力下限为：进而可求得钻井过程中保进而可求得钻井过程中保持井壁稳定的钻井密度为持井壁稳定的钻井密度为:井壁坍塌压力的计算井壁坍塌压力的计算35 破裂压力的计算破裂压力的计算求解式（5-37）、（5-38） (P123)可得到保证井壁不发生剪切变形的钻井液压力极限及钻井液密度上限值36 。