钻井工程理论与.ppt

岩石的机械性质（力学性质）几个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。抗拉强度—岩石单纯受拉伸应力作用时的强度。C抗弯强度—岩石单纯受弯曲应力作用时的强度。F强度——岩石在外力作用下发生破坏时的最大应力。B抗压强度—岩石单纯受压缩应力力作用时的强度。D抗剪强度—岩石单纯受剪切应力作用时的强度E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。A岩石—变形特性虎克定律：异常高压的成因在地层被不渗透的围栅包围，流体被圈闭在地层的孔隙空间内不能自由流通（称之为水力学封闭系统）的条件下，随着地层的不断沉积，上覆岩层压力逐渐增大，而圈闭在地层孔隙内的流体排不出去，必然承受部分上覆岩层重力。结果是地层流体压力升高，地层得不到正常压实，孔隙度相对增大，岩石密度相对减小，基岩应力相对降低。这种作用称为欠压实作用。正常地层压力的形成异常高压的形成其它原因：高的供水源②地质构造作用：造成地层上升、巨大地应力的挤压③水热增压作用：温度升高，流体体积膨胀④渗透作用：水由盐浓度低的一侧通过泥岩半透膜向高侧渗透异常高压的大小 异常高压一般不会超过上覆岩层压力。但也有超过上覆岩层压力的特高压地层，由覆盖在高压层以上岩层的内力帮助上覆岩层压力来平衡地层流体的巨大向上作用力。二、地层压力评价地层压力预测（钻前）：地震资料法、测井资料法地层压力监测（钻进中）：dc指数法、页岩密度法、标准化钻速法（一）地层压力预测 地震法、声波时差法、页岩电阻率法。 1.声波时差法 声波（纵波）在单位距离地层内的传播时间:式中：t—单位距离的传播时间,?s/m；ρ—岩层密度，ρ=f(φ)； E——岩石的弹性模量；μ——岩石的泊松比。声波时差法检测地层压力的基本原理声波时差与泥页岩孔隙度的关系正常沉积条件下，泥页岩孔隙度与埋藏深度的关系泥页岩在地面的孔隙度可用声波时差表示：正常沉积条件下，泥页岩声波时差与埋藏深度的关系在正常压力层段，随着地层埋藏深度的增加，岩石孔隙度减小，密度增大，声波时差逐渐减小。在半对数坐标中，声波时差随井深呈直线变化关系，称之为正常趋势线。01正常沉积条件下，泥页岩声波时差与埋藏深度的关系为：02进入异常高压地层时，由于岩层欠压实，孔隙度相对增大，声波时差相对增大，则必偏离正常压力趋势线。据此可预测异常高压，并可根据偏离程度的大小定量计算地层压力。03基本原理3.地层压力的计算常用方法：经验图版法、当量深度法当量密度：某深度地层压力与等高液柱压力等效时相当的液体密度。当量密度g/cm34.地层压力预测步骤（1）收集声波时差测井资料，读取泥页岩点的声波时差数据；（2）绘制散点图，引出正常压力趋势线；（3）读出异常高压层段的实际△t和该深度D所对应的正常趋势线上的声波时差△tn，计算△t-△tn；（4）从经验图版上读出△t-△tn所对应的当量密度ρp;（5）计算地层压力：注意：声波时差不仅与地层孔隙度有关，而且受岩石弹性、地层流体性质、钻井液性能、测井误差等因素的影响，因此预测结果存在一定的误差。（二）地层压力监测（检测） dc指数法、SigmaLog法、页岩密度法、标准化钻速法1.dc指数的概念宾汉钻速模型（Bingham,1964)：Vpc＝Kne(W/db)dd指数（泥页岩层）：采用常用工程单位：式中：Vpc—机械钻速，m/h;n—转速，rpm;W—钻压，kN;db—钻头直径，mm在正常地层压力条件下，若岩性和钻井条件不变，机械钻速随井深增加而减小，则d指数随井深增加而增大。钻遇异常高压层，由于地层欠压实，机械钻速增大，d指数则相对减小。据此可评价地层压力。dc指数RehmMeclendon(1971)研究了钻井液密度变化的影响（钻井液密度增大将导致机械钻速降低，d指数增大），提出了修正的d指数，称为dc指数。式中：ρn—地层水密度;ρd—钻井液密度2.基本原理