第一章鉆井工程地質(zhì)條件-新

1、1第一章第一章 鉆井工程地質(zhì)條件鉆井工程地質(zhì)條件 1-1 地下壓力特性地下壓力特性 1-2 巖石的工程力學(xué)性質(zhì)巖石的工程力學(xué)性質(zhì)2第一節(jié)第一節(jié) 地下壓力特性地下壓力特性一、地下各種壓力的概念一、地下各種壓力的概念地層壓力預(yù)監(jiān)測方法地層壓力預(yù)監(jiān)測方法三、地層破裂壓力三、地層破裂壓力3一、地下各種壓力的概念一、地下各種壓力的概念（一）靜液壓力（一）靜液壓力（hydrostatic pressure）靜液壓力靜液壓力由液柱自身的重力所引起的壓力,其大小與液 體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壓力, MPa；密度,g/cm3；hl 液柱高度，

2、m。靜液壓力梯度靜液壓力梯度單位高度或單位深度（垂深）的液柱壓力稱為靜液壓力梯度，表示靜液壓力隨高度或深度的變化。 Gh ph / hl0.00981 MPa/m兩類地層水：兩類地層水： 淡水：淡水： G Gh h=0.00981 MPa/m=0.00981 MPa/m；=1.0=1.0 g/cmg/cm3 3 鹽水：鹽水：G Gh h= 0.0105 MPa/m= 0.0105 MPa/m；=1.07 g/cm=1.07 g/cm3 3（1-2）4（二）上覆巖層壓力（二）上覆巖層壓力（Overburden pressure） 上覆巖層壓力上覆巖層壓力地層某處的上覆巖層壓力是該處以上地層（包括

3、巖石基質(zhì)和巖石孔隙中流體）總重力所產(chǎn)生的壓力。 式中：p0 上覆巖層壓力，MPa； D地層垂直垂直深度,m； 巖石孔隙度，%； ma巖石骨架密度，g/cm3； 孔隙中流體密度，g/cm3； 0地層密度， g/cm3。)1(00981.0maoDp面積流體重力基巖重力 po(1-3)(1-4)DoodDDp0)(00981.0ioioDp00981. 0(1-5)5上覆巖層壓力梯度上覆巖層壓力梯度單位井深的上覆巖層壓力單位井深的上覆巖層壓力. . 上覆巖層壓力隨深度增加而增大。上覆巖層壓力隨深度增加而增大。 沉積巖的平均密度大約為沉積巖的平均密度大約為2.5g/cm2.5g/cm3 3，上覆巖層

4、壓力梯度一，上覆巖層壓力梯度一般為般為0.0245MPa/m0.0245MPa/m。 在實際鉆井過程中，以鉆臺作為上覆巖層壓力的基準(zhǔn)面。在實際鉆井過程中，以鉆臺作為上覆巖層壓力的基準(zhǔn)面。iioiioioDDDpG00981. 0（1-6）6（三）地層壓力（三）地層壓力（formation pressure）地層壓力地層壓力指巖石孔隙中的流體所具有的壓力，也稱地指巖石孔隙中的流體所具有的壓力，也稱地層孔隙壓力（層孔隙壓力（formation pore pressureformation pore pressure），用），用p pp 表示。表示。正常地層壓力正常地層壓力 等于靜液壓力，等于靜液壓

5、力，p pp p=p=ph h。異常地層壓力異常地層壓力 地層壓力大于或小于正常地層壓力。地層壓力大于或小于正常地層壓力。 超過正常地層壓力的地層壓力超過正常地層壓力的地層壓力(p(ppp ph h) )稱為異常高壓。稱為異常高壓。 低于正常地層靜液壓力的地層壓力低于正常地層靜液壓力的地層壓力(p(pp p122334466巖石按塑性系數(shù)分類（1-31）42硬度硬度P Py:y: 類別軟中軟中硬硬堅硬極硬級別123456789101112MPa112.5 2.55 510 101515202030304040505060607070MPa對脆性和塑脆性巖石：SPPy（1-32）SPPy0MPa

6、（1-33）對塑性巖石： 巖石按硬度的分類43三、影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素分析三、影響巖石力學(xué)性質(zhì)的因素分析1.巖石結(jié)構(gòu)巖石結(jié)構(gòu)（1）對晶質(zhì)巖石，由硬度較高的礦物組成的巖石，其硬度也較高。如玄）對晶質(zhì)巖石，由硬度較高的礦物組成的巖石，其硬度也較高。如玄武巖（斜長石、輝石，武巖（斜長石、輝石，6） 白云巖（白云石，白云巖（白云石，4）石灰?guī)r（石灰石，）石灰?guī)r（石灰石，3）。）。 （2）砂巖的強度隨著石英含量的增加而增大；硅質(zhì)膠結(jié)鐵質(zhì)鈣質(zhì)）砂巖的強度隨著石英含量的增加而增大；硅質(zhì)膠結(jié)鐵質(zhì)鈣質(zhì)泥質(zhì)。泥質(zhì)。（3）同種巖石孔隙度增大，密度降低，強度降低。因此，巖石的強度一）同種巖石孔隙度增大，密度降低，強

7、度降低。因此，巖石的強度一般隨埋藏深度的增加而增大。般隨埋藏深度的增加而增大。2. 井底各種壓力井底各種壓力（1）有效地應(yīng)力越大，巖石強度越大，塑性越大。）有效地應(yīng)力越大，巖石強度越大，塑性越大。（2）井內(nèi)液柱壓力與孔隙壓力之差越大，巖石強度越大，塑性越大。）井內(nèi)液柱壓力與孔隙壓力之差越大，巖石強度越大，塑性越大。443. 載荷性質(zhì)的影響載荷性質(zhì)的影響（1）抗壓）抗壓 抗剪抗剪 抗彎抗彎 抗拉?？估?。（2）巖石對動載的抗力要比靜載大得多。隨著沖擊速度增大，硬度增）巖石對動載的抗力要比靜載大得多。隨著沖擊速度增大，硬度增大，塑性系數(shù)減小。但在沖擊速度小于大，塑性系數(shù)減小。但在沖擊速度小于10m/

8、s時，巖石硬度和塑性系數(shù)時，巖石硬度和塑性系數(shù)變化不大，接近于靜載時的數(shù)值。變化不大，接近于靜載時的數(shù)值。在在10000m深度范圍內(nèi)：深度范圍內(nèi)：強度：巖鹽泥頁巖石灰?guī)r石膏白云巖，砂巖強度取決于膠結(jié)物強度：巖鹽泥頁巖石灰?guī)r石膏白云巖，砂巖強度取決于膠結(jié)物及膠結(jié)程度。及膠結(jié)程度。 塑性：巖鹽石灰?guī)r泥頁巖石膏白云巖石英巖塑性：巖鹽石灰?guī)r泥頁巖石膏白云巖石英巖45四、巖石的可鉆性和研磨性四、巖石的可鉆性和研磨性 1. 巖石可鉆性巖石可鉆性(Rock Drillability）（1）概念）概念巖石可鉆性可理解為巖石破碎的難易性，它反映了是巖石抵抗鉆頭破碎的能力。（2）評價方法）評價方法在鉆壓889.7

9、N（200磅）、轉(zhuǎn)速55r/min的固定條件下，用鉆頭直徑31.75mm（1-1/4in）的微型鉆頭在巖心上鉆孔，以鉆進2.4mm孔深所需要的時間td作為巖石可鉆性指標(biāo)，由此把巖石分為易鉆的和難鉆的。為應(yīng)用方便，常用 Kd=Log2td 作為可鉆性指標(biāo)，稱為可鉆性級值。46級別td/秒448816163232646412812825625651251210241024 Kd22 33 44 55 66 77 88 99 1010分類極軟軟中軟中中硬硬極硬（3）可鉆性分級）可鉆性分級472. 巖石研磨性（巖石研磨性（ Rock Abrasiveness） 巖石磨損鉆頭切削刃材料的能力稱為巖石的研磨性。巖石磨損鉆頭切削刃材料的能力稱為巖石的研磨性。 至今尚沒有統(tǒng)一的測定巖石研磨性的方法和分級標(biāo)準(zhǔn)。至今尚沒有統(tǒng)一的測定巖石研磨性的方法和分級標(biāo)準(zhǔn)。48 舉例舉例 為鉆頭模擬試驗條件如下：鉆壓為鉆頭模擬試驗條件如下：鉆壓889.7N（200磅