石油工程岩石力学_地应力

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1、第一节概述一、天然应力的概念1.天然应力：人类工程活动之前，天然状态下，岩体内部存在的应力，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力。2.重布应力：人类进行工程建设将引起一定范围内岩体初始应力的改变，工程建设扰动后的岩体应力称为重布应力或二次应力。→←重分布应力↓↑∧++++++++++++++++++天然应力第一节概述一般情况下主地应力表示方法H地表垂直主应力σv水平最大主应力σH水平最小主应力σh概述地应力是场函数地应力又称为地应力场有大小和方向概述水平最大地应力水平最小大地应力1.构成：岩体自重→自重应力构造运动→构造应力流体作用→渗流应力

2、其它（地温、地球化学作用等）二、天然应力的构成及起源自重引起的天然应力场二、天然应力的构成及起源2.起源（主要指构造运动的起源）：板块运动地幔热对流地球自转速度变化二、天然应力的构成及起源1.研究历史1878年海姆提出天然应力1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测定了岩体中的天然应力到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密执安水压致裂法）。三、天然应力的研究历史我国从50年代末开始天然应力量测三、天然应力的研究历史与研究意义西南：印度板块向NNE挤压东部：太平洋板块向W俯冲北部：西伯利亚板块阻挡南部：菲

3、律宾板块向N俯冲arr=3a=1hHvH>hmaxplanesslipplanes112231>2>33主应力三轴试验应力状态原地应力在石油工程中，我们通常假设：sv为主应力之一z区块分布特征Anderson理论——断层类型与主应力关系正断层与地应力典型应力状态：sv=s1>sHMAX=s2>sHmin=s3地垒－地堑结构拉伸q倾角sv=s1sHMAX=s2拉伸shmin=s3走滑断层（拗断层）与地应力sv=s2shmin=s3sHMAX=s1锐角几乎垂直的断层面sHMAXshmin伴生正断层sHMAX典型应力状

4、态：sHMAX=s1>sv=s2>sHmin=s3逆掩断层与地应力compressionstaticbasalsheetoverthrustsheetbrittlequartz-illiteshalehingepointshighlyfracturedzonelargelyunfracturedshaleABCsHMAX=s1sv=s3overthrustsheethigh-pshale四、进行地应力研究的意义：是所有地质力学问题中重要的初始条件；是勘探、钻井及油藏等石油工程的重要参数；是钻井工程中井壁稳定分析的重要参数；是采油工程中出砂防砂分析的重要参

5、数；是油气层增产改造措施制定的重要参数；ABoreholeinaStressFieldzxy2pEffectivestresses:1’=1-p2’=2-p3’=3-pp=porepressureHere,v=2,HMAX=1,hmin=3,and1>2>3HoleinclinationparametersCoordinatesparalleltoearth’ssurfacePrincipalstressesPrincipalstressesareusua

6、llyparallelandnormaltothesurface.DrillingDirectionandStressv>>HMAX>hminhminHMAXvHMAX>>v>hminHMAX~v>>hminvhminHMAXvhminHMAXThebestorientationtoincreaseholestabilityminimizestheprincipalstressdifferencenormaltotheboreholeaxis60°coneDrillwithina60°cone(±30°)fromthe

7、mostfavoreddirectionFavoredholeorientationInhighlydifferentialstressfields,theproperchoiceofaninclinedholefacilitatesdrilling第二节地应力的测量方法垂直地应力是由重力作用产生的（岩石的重量）；在任意深度，垂直地应力等于上覆岩层压力：sv=rgz（密度×重力加速度×深度）通常垂直地应力通过对密度测井数据积分获得；在海上钻井要包含泥线以上海水产生的压力；垂直主应力的求取：水平主应力的求取：在沉积岩中，地应力的大小一般应用下述方法获得：构

8、造地质力学方法水力压裂法室内岩心试验法建立在测井资料上的方法地应力的方向一般用下