第2讲-岩石力学-岩石力学及其在石油工程中的应用.pdf

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1、岩石力学及其在石油工程中的应用卢运虎提纲一、岩石力学在石油工程中的作用二、岩石力学研究的系统性问题三、岩石力学在石油工程中的应用一、岩石力学在石油工程中的作用井身结构设计钻头优选与井壁稳定性：钻井设计安全（钻井复杂及事故）地表沉降断层是否稳定及封堵性能压裂效果套损地层完整性评价裂缝渗透性能地层出砂一、岩石力学在石油工程中的作用地质勘探井位研究钻完改造气藏开发一、岩石力学在石油工程中的作用复杂条件下的钻、改、采等工程设计和优化中缺少一个定量环节地质认识+地质力学=工程参数？压力、分级、排量…走向、倾向、倾角…将地质语言翻译为工程中可执行的定量数据，从源头为工程着想一、岩石

2、力学在石油工程中的作用壳牌，HameSoroush：80年代进入石油工业，因在降低非生产时间和提高产量方面的实用性和有效性，获得国际石油公司的认可。已经证明，其可为那些在以前看来不可能实现的苛刻环境下钻井和提高产量提供机会。一、岩石力学在石油工程中的作用近年来国际上储层地质力学的发展经历了三个阶段一、岩石力学在石油工程中的作用岩石力学是地质与工程之间的一座桥梁，贯穿油气勘探开发全过程。提纲一、岩石力学在石油工程中的作用二、岩石力学研究的系统性问题三、岩石力学在石油工程中的应用二、岩石力学研究的系统性问题岩石力学历史是基础，现代岩石力学特点是关键，未来力学行为是目标。地质

3、力学工程地质学岩石力学地质力学历史现代地质力学特点未来力学行为区域构造成分微结构宏观结构强度力学行为工程构造深部地质体变形力学行为破碎岩石岩体结构地应力场渗流场温度场保持稳定二、岩石力学研究的系统性问题尺度：地质物探的大尺度；油藏开发的中等尺度；钻测录试的小尺度和细观尺度；目前主要后者为主。地质区域构造开发区块钻完井二、岩石力学研究的系统性问题岩性：面对的是复杂岩性组合体，有界面，有复杂的力学化学、流体固体多场耦合问题；长期以来国内外都是从各自专业领域研究各自打交道的岩性地层，例如：钻井研究泥岩和盐膏岩、开发和压裂研究储层砂岩等。迪那1砾岩迪那2克拉2盐膏岩迪北砂岩

4、二、岩石力学研究的系统性问题时效：岩石在油田的不同阶段，岩石与工程发生交互作用，其自身各类物理力学化学特征发生变化，变形、破坏和失稳的机理、模型和工程特征也表现出周期性和突发性，一成不变用线弹性理论和摩尔库伦破坏模型将出现较大的偏差。二、岩石力学研究的系统性问题动载：工程涉及的力学问题是个动载问题，井壁失稳、钻头破岩、水力压裂、开发过程的孔隙裂缝的变形、套管损坏等。盐膏层套管水泥环套损区盐膏层井眼缩径套管挤毁二、岩石力学研究的系统性问题高温高应力：超深层岩石温度高、地应力大，岩石的变形、断裂、破坏、渗透的应力敏感性、组合岩性地层裂缝扩展与有效性等基本问题是一个全新研究领

5、域，目前国内受试验装备制约还没有开展。二、岩石力学研究的系统性问题地质物探专业领域：大尺度、准静载的线性弹性理论，研究区域地应力、岩石力学特征为基础，预测天然裂缝、三个压力等。地质力学建模地层压力三维分布图地应力数据库井震联合预测地层裂缝三压力剖面二、岩石力学研究的系统性问题油藏开发专业领域：中等尺度、弹性理论为主、考虑时效性和高温高应力；研究地应力变化、渗透的应力敏感性与开发制度的关系及井网、天然裂缝网、水力压裂裂缝间的匹配；解决井型、井网、开发制度中的油藏地质力学的影响，从开发压裂角度提高储层改造的有效性。开发过程中地应力动态变化二、岩石力学研究的系统性问题工程角度

6、：井筒的概念，小尺度、静载到动载、弹性塑性粘性、多场耦合；研究钻头动载破碎力学和三维钻速方程，多场耦合组合岩性的井壁失稳问题，非平面水力裂缝起裂、扩展机理，测试完井过程的井筒稳定力学；解决高效钻头设计或优选、钻井液性能设计与工程对策、钻井井身结构和套管强度设计、水平井压裂和深井压裂有利缝（网）的形成的方法与工程对策；测试安全与完井井筒完整性。提纲一、岩石力学在石油工程中的作用二、岩石力学研究的系统性问题三、岩石力学在石油工程中的应用三、岩石力学在石油工程中的应用岩石力学：研究岩石在外载作用下的变形特性和破坏特性的科学岩石力学性质分为强度性质和变形性质两方面岩石的强

7、度：岩石在外力作用下发生破坏时所能承受的最大应力。抗压强度：岩石试样受单向压应力作用下能够承受的最大压应力称单轴抗压强度。抗拉强度：岩石试样在单轴拉伸下能够承受的最大拉应力。抗剪强度：是指岩石试样在一定法向压应力作用下能够承受的最大剪应力岩石的变形：杨氏模量：岩石每增加单位应变所需增加的应力泊松比：压缩应力作用下岩石横向应变与纵向应变之比岩石力学性质-抗压强度单轴抗压强度三轴抗压强度压应力围压常规三轴试验真三轴试验岩石力学性质-抗压强度岩石受力变形至破坏可分为三个阶段：裂隙压密阶段，曲线斜率随应力增加而增大；弹性变形