中国石油大学（华东）：《海洋钻井工程》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 钻井的工程地质条件

第一章钻井的工程地质条件 第一节地下压力特性 第二节岩石的工程力学性质

1 第一章 钻井的工程地质条件 第一节 地下压力特性 第二节 岩石的工程力学性质

第一节地下压力特性 、地下各种压力 二、异常高压的成因及其评价方法 、地层破裂压力

2 第一节 地下压力特性 一、地下各种压力 二、异常高压的成因及其评价方法 三、地层破裂压力

地下各种压力 地层( Formation)=岩石骨架( Matrix)+流体( Liquid) ●地下压力可分为两类: 地层孔隙内流体承受的压力——地层(孔隙)压力,分为正常和异常地层压力 岩石骨架承受的压力一有效地应力,分为垂直和水平有效地应力 ●地下压力有两个来源:地层重力+地质构造应力

3 一、地下各种压力 地层（Formation）=岩石骨架（Matrix）+流体（Liquid） ● 地下压力可分为两类： 地层孔隙内流体承受的压力——地层（孔隙）压力，分为正常和异常地层压力 岩石骨架承受的压力—— 有效地应力，分为垂直和水平有效地应力 ● 地下压力有两个来源： 地层重力+地质构造应力

地下各种压力 (一)地层压力( formation pressures 1.静水压力( hydrostatic pressure) 正常地层压力=静水压力 Ph=0.00981ph G1=0.00981p pb静水压力,MPa; 飞大女士士 地层水密度, 淡水:1.0g/cm 盐水:1.05g/cm3; 液柱的垂直高度,m。 G 静液压力梯度,MPa/m

4 一、地下各种压力 （一） 地层压力（formation pressures） 1. 静水压力（hydrostatic pressure） 正常地层压力=静水压力 h 00981 hl p = 0.  Gh = 0.00981 h p —— 静水压力，MPa; —— 地层水密度， 淡水：1.0g/cm3 盐水：1.05g/cm3； —— 液柱的垂直高度，m。  hl Gh —— 静液压力梯度，MPa/m； hl

地下各种压力 (一)地层压力( formation pressures 2.异常地层压力( abnormal pressure) 异常低压一小于正常静水压力的地层压力 异常高压一大于正常静水压力的地层压力 ◆地层压力当量密度: 令:Pn=0.00981P,D 称Pp为地层压力当量密度,gm3 ◆地层压力梯度: Gn=0.00981

5 一、地下各种压力 （一） 地层压力（formation pressures） 2. 异常地层压力（abnormal pressure） 异常低压—— 小于正常静水压力的地层压力 异常高压——大于正常静水压力的地层压力  p ◆ 地层压力当量密度： 令： pp = 0.00981 p D 称 为地层压力当量密度，g/cm3 ◆ 地层压力梯度： Gp 00981 p = 0

、地下各种压力 (二)地应力( in-situ stress 1.上覆岩层压力或垂直地应力( Overburden pressure) 基岩重力+流体重力 P 面积 p=000981D(1-p)pn+的 P。=∑0.00981P,△D P=50.00981(D)dD 如冀东高尚堡构造:P(D)=2.0e03300 上覆压力梯度:G。=P。/D

6 面积 基岩重力+ 流体重力 p = o 上覆压力梯度： Go = po / D = 0.00981 [(1−) +] o ma p D po =  00981oiDi 0. =  D po 0 0.00981o (D)dD 如冀东高尚堡构造： D o D e 4 0.575 10 ( ) 2.0 −   = 一、地下各种压力 1. 上覆岩层压力或垂直地应力（Overburden pressure） （二） 地应力（ in-situ stress ）

地下各种压力 (二)地应力( in-situ stress) 2.基岩应力( matrix stress) 施加在岩石骨架颗粒上的那部分上覆岩层压力,又称为有效垂直地应力。 3.水平地应力 由上覆岩层的侧压效应和地质构造力的 作用引起的。 +a)(Po-P2) p (1+B)(P。-Pn)

7 一、地下各种压力 （二）地应力（ in-situ stress ） 2. 基岩应力（matrix stress） 施加在岩石骨架颗粒上的那部分上覆岩层压力, 又称为有效垂直地应力。  z = po − pp 3. 水平地应力 由上覆岩层的侧压效应和地质构造力的 作用引起的。 pp        + − − = + − − = )( ) 1 ( )( ) 1 ( 3 2 o p o p p p p p        

地下各种压力 (三)地下各种压力的关系 上覆岩层压力由岩石骨 架和孔隙中的流体共同承担 因此上覆岩层压力、地层压 上覆岩层压力P 力和基岩应力之间存在以下 关系: 骨架压力 o+ p 当P。一定时,σ减小,P增 异常高骨架应力 大 0 所以 孔隙 压力 地层的孔隙压力增大,基岩 应力必然城小。 异常低压 异常低骨架应力 异常高压

8 一、地下各种压力 （三）地下各种压力的关系 上覆岩层压力由岩石骨 架和孔隙中的流体共同承担， 因此上覆岩层压力、地层压 力和基岩应力之间存在以下 关系： 当po一定时，σ减小，pp增 大， σ→0，pp → po。所以， 地层的孔隙压力增大，基岩 应力必然减小。 po =  + pp

、地下各种压力 注意 (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2.5g/cm3,平均上覆岩层压力梯度一般 为0.0227MPa/m。 (3)在石油钻井中,以钻台(方补心)作为各种压力的计算基准面

9 （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2.5g/cm3 ，平均上覆岩层压力梯度一般 为0.0227 MPa/m。 （3）在石油钻井中，以钻台（方补心）作为各种压力的计算基准面。 一、地下各种压力 注意

第一节地下压力特性 、地下各种压力 、异常高压的成因及其评价方法 、地层破裂压力

10 第一节 地下压力特性 一、地下各种压力 二、异常高压的成因及其评价方法 三、地层破裂压力