地质力学基本原理及其应用综述课件

地应力世界地应力分布地应力世界地应力分布1地应力世界地应力分布地应力世界地应力分布2地应力中国西部地应力分布地应力中国西部地应力分布3地应力计算方法列表地应力计算方法列表45 地应力对密度测井曲线做积分可求取上覆地层压力。没有密度测井，可以从声波提取伪密度曲线。另外，既没有密度测井曲线，也没有声波测井曲线，可以用幂函数来拟合。上覆岩层压力5 地应力对密度测井曲线做积分可求取上覆地层压力。上覆岩5地应力地层中的水力裂缝垂直于最小主应力方向扩展。这是因为开启裂缝所做的功在垂直于最小主应力方向上最小。这一认识是采用水力压裂测量最小主应力的基础。在走滑断层和正断层环境中，水力裂缝是竖直面。在逆断层环境中，水力裂缝是一水平面。水力压裂确定最小地应力水力压裂确定最小地应力地应力地层中的水力裂缝垂直于最小主应力方向扩展。这是因为开启6 地应力压力与时间呈线性关系。在压力明显偏离线性关系处，产生了水力裂缝。因此，LOP近似等于最小地应力。压力峰值被称为地层破坏压力（FBP），此时，近井壁发生了不稳定的裂缝扩展。如果继续以恒定速率泵入液体，在FBP之后泵压将下降至一个相对恒定的值，称为裂缝扩展压力。FPP非常接近最小主应力。因此，FPP和LOP的值会很接近，这是油田压裂试验中仅做到LOP。突然停止向井中泵入液体，测得瞬间关闭压力是另一种更好的确定最小主应力的方法，因为此时任何与摩擦有关的压力都消失了。水力压裂水力压裂地应力压力与时间呈线性关系。在压力明显偏离线性关系处，产生了7 问题：地破试验选择在钻穿上一层套管鞋后的第一个35m的易漏层。地破压力试验控制当量密度一般不超过2.30g/cm3问题：8地应力日期地层井深m套管鞋深度m破裂压力Mpa钻井液密度g/cm3破裂压力梯度MPa.m备注2010-07-07N1-2k51355098.34102.22.4破怎么计算？表中哪里出现了问题？水力压裂实例水力压裂实例地应力日期地层井深套管鞋破裂钻井液破裂压备注2010-07-9地应力u直井钻井诱导裂缝方向，由成像资料识别；u直井坍塌方向90度，由成像资料或四六臂井径资料识别；由井壁破坏确定水平最大地应力方向由井壁破坏确定水平最大地应力方向地应力直井钻井诱导裂缝方向，由成像资料识别；由井壁破坏确定水10地应力实例地应力实例11 地应力实例地应力实例12地应力实例地应力实例13地应力活跃的断层处于摩擦平衡状态水平最大地应力地应力活跃的断层处于摩擦平衡状态水平最大地应力14应力四边形地应力u应力四边形约束了地应力的大小范围；应力四边形地应力应力四边形约束了地应力的大小范围；15已知:WBO=45岩石强度=120 MPaShmin=60 MPa=SHmax 105 MPaMPaMPa岩石强度等值线(MPa)WBO=45SHmax崩落应用实例地应力已知:MPaMPa岩石强度等值线(MPa)WBO=4516 岩石破坏岩石力学实验研究是地质力学研究的基础，是认识岩石力学性质（包括应力-应变关系和岩石的强度）的基本途径。本构关系是指岩石的应力应变关系，描述在应力作用下岩石是如何变形的；岩石力学实验岩石破坏岩石力学实验研究是地质力学研究的基础，是认识岩石力学17岩石破坏岩石力学试验是获得岩石强度的最直接的方法。一般使用单轴试验或三轴试验测量岩石强度。单轴试验和多轴试验不能考虑孔隙压力。岩石力学试验岩石破坏岩石力学试验是获得岩石强度的最直接的方法。岩石力学试18 ar=3a=1 L=2D端面平高角度剪切面为什么产生高角度剪切面？为什么产生高角度剪切面？压剪破坏岩石破坏ar=3a=1 L=2D为什么产生高角19岩石破坏CarraraCarrara大理石大理石不同围压下的应力-应变曲线克朗波特石灰岩白云岩强度与围压有什么关系？强度与围压有什么关系？岩石破坏Carrara大理石不同围压下的应力-应变曲线克朗波20 岩石破坏岩石强度与围压有关，一般随着围压增加而增大。通过一系列三轴试验可以确定破坏摩尔包络线，摩尔包络线的斜率随围压增加而降低。确定岩石抗压强度的试验方法岩石破坏岩石强度与围压有关，一般随着围压增加而增大。确定岩石21 岩石破坏摩尔-库仑准则问题：摩尔-库仑准则的表达式是？岩石破坏摩尔-库仑准则问题：摩尔-库仑准则的表达式是？22岩石破坏仅需2个参数即可以描述；摩尔-库仑准则应用非常广泛。摩尔-库仑准则凝聚力凝聚力摩擦角（摩擦系数）摩擦角（摩擦系数）岩石破坏仅需2个参数即可以描述；摩尔-库仑准则凝聚力23岩石破坏摩尔-库仑准则可以描述实验室的大角度剪切面破坏。摩尔-库仑准则岩石破坏摩尔-库仑准则可以描述实验室的大角度剪切面破坏。摩尔24 摩尔-库仑准则p确定2个常数的方法岩石破坏摩尔-库仑准则确定2个常数的方法岩石破坏25岩心岩心深度深度(m)岩心岩心编号编号实验实验类型类型围压围压(MPa)抗压强度抗压强度（MPa）弹性弹性模量模量（MPa）泊松比泊松比6932.121 8/25三轴三轴1 1824.6041040.2546932.121 9/25三轴三轴31693.7071040.1986932.121 9/25三轴三轴152645.0151040.357克深205井实验结果岩石破坏岩心岩心实验围压抗压强度弹性泊松比6932.121 8/2526内摩擦系数：1.09单轴抗压强度：163MPa克深205井实验结果岩石破坏内摩擦系数：1.09克深205井实验结果岩石破坏27岩石破坏井壁应力集中超过岩石的抗拉强度时，井眼周边会出现拉伸裂缝。岩石抗拉强度岩石破坏井壁应力集中超过岩石的抗拉强度时，井眼周边会出现拉伸28岩石破坏基本所有岩石的抗拉强度都很低，如果岩石中已存在裂痕，抗拉强度几乎为零。岩石抗拉强度比抗压强度小很多岩石破坏基本所有岩石的抗拉强度都很低，如果岩石中已存在裂痕，29摩擦系数(滑动摩擦系数)滑动发生的条件滑动发生的条件:(So 0)岩石破坏断层滑动摩擦系数滑动发生的条件:(So 0)岩石破坏断层滑动30Coulomb 破坏函数:CFF=-n 岩石破坏当Coulomb破坏函数为负值时，断层面保持稳定，剪应力不足以克服滑动阻力。但是当CFF达到零时，在原生断层的平面上，剪应力可以克服有效正应力，从而发生滑动。断层滑动有效正应力:n=Sn-PpCoulomb 破坏函数:岩石破坏当Coulomb破坏函数为3132 一一.现场的地质力学问题现场的地质力学问题二二.井眼应力集中井眼应力集中三三.地质力学基本原理地质力学基本原理四四.地质力学现场应用地质力学现场应用提纲32 一.现场的地质力学问题提纲32克深区块多口井出现下放遇阻，上提遇卡的复杂情况，严重的甚至发生了卡钻事故。克深区块多口井出现下放遇阻，上提遇卡的复杂情况，严重的甚至发33p20122012年年6 6月月2626日，划眼至井深日，划眼至井深3229.94m3229.94m时，时，钻具遇卡，通过爆炸松扣解卡，损失时钻具遇卡，通过爆炸松扣解卡，损失时间间151.48 小时。p地层岩性：为棕褐色泥岩、粉砂质砂岩地层岩性：为棕褐色泥岩、粉砂质砂岩不等厚互层。不等厚互层。p发生层位：发生层位：盐上的康村组盐上的康村组克深2-2-14井掉块卡钻2012年6月26日，划眼至井深3229.94m时，钻具遇卡34