钻井工程地质条件

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。,2,应知应会,第一章钻井工程地质特性,8.岩石的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？,3,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,4,1-1地下压力特性,一、地下各种压力的概念二、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,5,1.静液压力（hydrostaticpressure）,一、地下各种压力的概念,第一章钻井工程地质特性1-1地下压力特性,6,2.上覆岩层压力（Overburdenpressure）,上覆压力梯度：,如冀东高尚堡构造：,一、地下各种压力的概念,第一章钻井工程地质特性1-1地下压力特性,7,（1）上覆岩层压力梯度一般随深度增加而增大。（2）沉积岩的平均密度大约为2.5克/厘3，平均上覆岩层压力梯度一般为0.0227兆帕/米。（3）在石油钻井中，以钻台作为各种压力的计算基准面。,一、地下各种压力的概念,注意,第一章钻井工程地质特性1-1地下压力特性,8,3.地层压力（formationpressue）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（formationporepressue），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(pppp+33铁质泥质胶结方式：,一、岩石的组成与分类,基底胶结,孔隙胶结,接触胶结,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,40,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）硫酸盐岩硬石膏（CaSO4）、石膏（CaSO42H2O）岩盐石盐（NaCl、KCl）,在沉积岩中：泥岩60%，砂岩30%，碳酸盐岩居第三位。,2.化学沉积岩（结晶岩）,（三）沉积岩的类型及组织特征,一、岩石的组成与分类,矿物颗粒连接方式：嵌合联结，强度高，渗透率低。,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,41,（三）沉积岩的类型及组织特征,一、岩石的组成与分类,3.结构与构造特点,（1）矿物成分、颗粒形状、大小及分布、连接方式等不固定；（2）微结构面（矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂纹）发育；（3）整体呈倾斜层状结构；（4）具有一定的孔隙度和渗透率；（5）呈现非均质性和各向异性。,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,42,（一）简单应力条件下岩石的强度,单轴压缩试验,二、岩石的力学性质,岩石受力后表现出来的强度特性和变形特性。,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,43,二、岩石的力学性质,2.单轴抗拉强度（tensilestrength）,岩石在单轴拉伸载荷作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力。,（一）简单应力条件下岩石的强度,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,44,二、岩石的力学性质,2.单轴抗拉强度（tensilestrength）,巴西劈裂试验：,式中：岩盘破裂时的载荷岩盘的半径，一般为25.4mm；岩盘的厚度，一般为25.4mm。,（一）简单应力条件下岩石的强度,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,45,二、岩石的力学性质,3.抗剪强度（shearstrength）,岩石在剪切载荷作用下达到破坏时所能承受的最大剪应力。,（一）简单应力条件下岩石的强度,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,46,二、岩石的力学性质,4.抗弯强度（bendingstrength）,岩石在弯曲载荷作用下达到破坏时所能承受的最大弯曲应力。,（一）简单应力条件下岩石的强度,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,47,（一）简单应力条件下岩石的强度,二、岩石的力学性质,抗压强度抗剪强度抗弯强度抗拉强度。抗压强度约为抗拉强度的1050倍，约为抗剪强度的3倍。,5.简单应力下岩石的强度特点,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,48,二、岩石的力学性质,（二）复杂应力条件下岩石的强度,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,49,常规三轴岩石试验装置,二、岩石的力学性质,（二）复杂应力条件下岩石的强度,1.三轴岩石试验,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,50,二、岩石的力学性质,2.围压对岩石强度的影响,（二）复杂应力条件下岩石的强度,岩石强度随围压增大而增大。,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,51,（三）岩石的弹性、脆性和塑性,二、岩石的力学性质,变形趋于无穷大,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,52,1.岩石的弹性参数,杨氏模量E：,泊松比：,剪切模量G：,E=10200GPa,=0.10.4,二、岩石的力学性质,（三）岩石的弹性、脆性和塑性,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,53,（三）岩石的弹性、脆性和塑性,2.围压对岩石脆、塑性的影响,二、岩石的力学性质,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,54,（三）岩石的弹性和脆塑性,在单轴应力条件下，大多数岩石表现为脆性。在三轴应力条件下，随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转化。围压越大，岩石的塑性越大。岩石由脆性转化为塑性时的围压称为岩石的临界压力。,一般地：,二、岩石的力学性质,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,55,（四）岩石的硬度和塑性系数,1.岩石的莫氏硬度,现场简便鉴别方法：,指甲（2.5）、铁刀（3.5）、普通钢刀（5）、玻璃（5.5）、锯条（6）锉刀（7）、硬合金（9）,二、岩石的力学性质,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,56,（四）岩石的硬度和塑性系数,2.岩石的压入硬度和塑性系数,压入硬度表征岩石抗压入性能的参数，又称史氏硬度。塑性系数表征岩石脆性和塑性大小的参数。,二、岩石的力学性质,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,57,7,2.岩石的压入硬度和塑性系数,脆性和塑脆性岩石：,塑性岩石：,塑性系数:,二、岩石的力学性质,（四）岩石的硬度和塑性系数,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,58,硬度分级,塑性分级,3.岩石的硬度和塑性分级,二、岩石的力学性质,（四）岩石的硬度和塑性系数,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,59,（一）岩石结构的影响1.对致密岩石，主要造岩矿物成分的硬度越高，岩石越硬，越难破碎。如:玄武岩(斜长石、辉石,6）白云岩(白云石,4）石灰岩(石灰石,3）2.砂岩和粉砂岩的硬度主要取决于矿物成分和胶结物结构。一般地，硅质胶结硬度最高，钙质次之，铁质再次之，泥质最低。泥质胶结大约比灰质胶结的同类岩石的硬度小三倍。3.泥质碳酸盐质岩石（泥岩、灰质泥岩、泥质灰岩、灰岩），随着碳酸岩含量的增加，硬度急剧增大。因为随着岩石含碳酸岩质的增加，质点间结晶联结作用增强。4.岩石的密度小、孔隙度大，其强度低。5.岩石中的微结构面越发育，其强度越低。6.沉积岩在平行于层理方向和垂直于层理方向的强度不同。,三、影响岩石力学性质的因素,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,60,（二）井下各种压力的影响,1.一般地将，随着上覆岩层压力的增大，岩石强度增大，塑性也增大。2.井内液柱压力与孔隙压力之差增大，岩石强度增大，塑性增大。,三、影响岩石力学性质的因素,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,61,四、岩石的可钻性与研磨性,（一）岩石可钻性（RockDrillability）,1.概念岩石可钻性可理解为岩石破碎的难易性，它反映了是岩石抵抗钻头钻进的能力，是岩石强度在钻孔方面的表现。,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,62,四、岩石的可钻性与研磨性,（一）岩石可钻性（RockDrillability）,3.岩石可钻性的评价方法和分级标准（石油行业标准）,（1）可钻性测定,钻头直径：31.75mm，钻压：889.7N转速：55r/min，钻孔深度：2.4mm,第一章钻井工程地质特性1-2岩石的工程力学性质,63,四、岩石的可钻性与研磨性,（一）岩石可钻性（RockDrillability）,（2）可钻性指标及分级标准,可钻性指标：,全国油矿地层可钻性分级标准,3.岩石可钻性的评价方法和分