第一章钻井工程地质条件新

1、1第一章第一章 钻井工程地质条件钻井工程地质条件 1-1 地下压力特性地下压力特性 1-2 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质2第一节第一节 地下压力特性地下压力特性一、地下各种压力的概念一、地下各种压力的概念地层压力预监测方法地层压力预监测方法三、地层破裂压力三、地层破裂压力3一、地下各种压力的概念一、地下各种压力的概念（一）静液压力（一）静液压力（hydrostatic pressure）静液压力静液压力由液柱自身的重力所引起的压力,其大小与液 体的密度和液柱的垂直高度或深度成正比。 ph=0.00981hl MPa (11) 式中：ph压力, MPa；密度,g/cm3；hl 液柱高度，

2、m。静液压力梯度静液压力梯度单位高度或单位深度（垂深）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 MPa/m两类地层水：两类地层水： 淡水：淡水： G Gh h=0.00981=0.00981 MPa/m MPa/m；=1.0=1.0 g/cmg/cm3 3 盐水：盐水：G Gh h= 0.0= 0.0105 MPa/m105 MPa/m；=1.07 g/cm=1.07 g/cm3 3（1-2）4（二）上覆岩层压力（二）上覆岩层压力（Overburden pressure） 上覆岩层压力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

3、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(00981.0maoDp面积流体重力基岩重力 po(1-3)(1-4)DoodDDp0)(00981.0ioioDp00981. 0(1-5)5上覆岩层压力梯度上覆岩层压力梯度单位井深的上覆岩层压力单位井深的上覆岩层压力. . 上覆岩层压力随深度增加而增大。上覆岩层压力随深度增加而增大。 沉积岩的平均密度大约为沉积岩的平均密度大约为2.5g/cm2.5g/cm3 3，上覆岩层

4、压力梯度一，上覆岩层压力梯度一般为般为0.0245MPa/m0.0245MPa/m。 在实际钻井过程中，以钻台作为上覆岩层压力的基准面。在实际钻井过程中，以钻台作为上覆岩层压力的基准面。iioiioioDDDpG00981. 0（1-6）6（三）地层压力（三）地层压力（formation pressure）地层压力地层压力指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地指岩石孔隙中的流体所具有的压力，也称地层孔隙压力（层孔隙压力（formation pore pressureformation pore pressure），用），用p pp 表示。表示。正常地层压力正常地层压力 等于静液压力，等于静液压

5、力，p pp p=p=ph h。异常地层压力异常地层压力 地层压力大于或小于正常地层压力。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超过正常地层压力的地层压力(p(ppp ph h) )称为异常高压。称为异常高压。 低于正常地层静液压力的地层压力低于正常地层静液压力的地层压力(p(pp p122334466岩石按塑性系数分类（1-31）42硬度硬度P Py y: : 类别软中软中硬硬坚硬极硬级别123456789101112MPa112.5 2.55 510 101515202030304040505060607070MPa对脆性和塑脆性岩石：SPPy（1-32）SPPy0M

6、Pa（1-33）对塑性岩石： 岩石按硬度的分类43三、影响岩石力学性质的因素分析三、影响岩石力学性质的因素分析1.岩石结构岩石结构（1）对晶质岩石，由硬度较高的矿物组成的岩石，其硬度也较高。如玄）对晶质岩石，由硬度较高的矿物组成的岩石，其硬度也较高。如玄武岩（斜长石、辉石，武岩（斜长石、辉石，6） 白云岩（白云石，白云岩（白云石，4）石灰岩（石灰石，）石灰岩（石灰石，3）。）。 （2）砂岩的强度随着石英含量的增加而增大；硅质胶结铁质钙质）砂岩的强度随着石英含量的增加而增大；硅质胶结铁质钙质泥质。泥质。（3）同种岩石孔隙度增大，密度降低，强度降低。因此，岩石的强度一）同种岩石孔隙度增大，密度降低

7、，强度降低。因此，岩石的强度一般随埋藏深度的增加而增大。般随埋藏深度的增加而增大。2. 井底各种压力井底各种压力（1）有效地应力越大，岩石强度越大，塑性越大。）有效地应力越大，岩石强度越大，塑性越大。（2）井内液柱压力与孔隙压力之差越大，岩石强度越大，塑性越大。）井内液柱压力与孔隙压力之差越大，岩石强度越大，塑性越大。443. 载荷性质的影响载荷性质的影响（1）抗压）抗压 抗剪抗剪 抗弯抗弯 抗拉。抗拉。（2）岩石对动载的抗力要比静载大得多。随着冲击速度增大，硬度增）岩石对动载的抗力要比静载大得多。随着冲击速度增大，硬度增大，塑性系数减小。但在冲击速度小于大，塑性系数减小。但在冲击速度小于10

8、m/s时，岩石硬度和塑性系数时，岩石硬度和塑性系数变化不大，接近于静载时的数值。变化不大，接近于静载时的数值。在在10000m深度范围内：深度范围内：强度：岩盐泥页岩石灰岩石膏白云岩，砂岩强度取决于胶结物强度：岩盐泥页岩石灰岩石膏白云岩，砂岩强度取决于胶结物及胶结程度。及胶结程度。 塑性：岩盐石灰岩泥页岩石膏白云岩石英岩塑性：岩盐石灰岩泥页岩石膏白云岩石英岩45四、岩石的可钻性和研磨性四、岩石的可钻性和研磨性 1. 岩石可钻性岩石可钻性(Rock Drillability）（1）概念）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破碎的能力。（2）评价方法）评价方法在钻压889

9、.7N（200磅）、转速55r/min的固定条件下，用钻头直径31.75mm（1-1/4in）的微型钻头在岩心上钻孔，以钻进2.4mm孔深所需要的时间td作为岩石可钻性指标，由此把岩石分为易钻的和难钻的。为应用方便，常用 Kd=Log2td 作为可钻性指标，称为可钻性级值。46级别td/秒448816163232646412812825625651251210241024 Kd22 33 44 55 66 77 88 99 1010分类极软软中软中中硬硬极硬（3）可钻性分级）可钻性分级472. 岩石研磨性（岩石研磨性（ Rock Abrasiveness） 岩石磨损钻头切削刃材料的能力称为岩石的研磨性。岩石磨损钻头切削刃材料的能力称为岩石的研磨性。 至今尚没有统一的测定岩石研磨性的方法和分级标准。至今尚没有统一的测定岩石研磨性的方法和分级标准。48 举例举例 为钻头模拟试验条件如下：钻压为钻头模拟试验条件如下：钻压889.7N（200磅