第一章钻井工程研究报告.ppt

b.塑性岩石：取产生屈服时的载荷poy代替p，即： 屈服：从弹性变形开始向塑性变形转化 4.压入硬度的意义： 　　在钻井的岩石破碎过程中有一定的代表性，能在一定程度上反映钻井时岩石抗破碎的能力。因为钻头是在井底岩层表面施加载荷，使其发生局部破碎的。 5.按压入硬度对岩石分类(100MPa)　　我国按压入硬度的大小将岩石分为六类12级，作为选择钻头的主要依据之一。 类 别 软 中软 中硬 硬 坚硬 极硬 级 别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Py ≤ 1 1 ~ 2.5 2.5 ~ 5 5 ~ 10 10 ~ 15 15 ~ 20 20 ~ 30 30 ~ 40 40 ~ 50 50 ~ 60 60 ~ 70 70 (七)井底压力条件下岩石的机械性质及其影响因素 1.井眼周围地层岩石的受力状况 　包括以下几方面： (1)上覆岩层压力σ3。 (2)岩石内孔隙流体的压力pp σ3–pp=σ(有效上覆岩层压力) 3)水平地应力。 地应力：由于地下岩石之间的作用而产生的应力统称为地应力。 水平地应力:σ1和σ2 ①产生： a.有效上覆岩层压力(σ3－pp) 　　　　 b.地质构造力。 ②关系：σ1≠σ2 4)钻井液柱压力ph。 2. 井底各种压力对岩石性能的影响 (1) 地应力的影响 1)地应力对钻速的影响：美国盐湖城的全尺寸钻头模拟钻井试验。施载方式如下图所示。 ①模拟装置 ②模拟参数 　　 试验各压力的梯度取为：G0=0.023MPa/m，Gc=0.016MPa/m，Gp=0.0104MPa/m。 ③结果 a.由于所试验的压力较小(35MPa)，上覆岩层压力p0和水平地应力pc都对钻进的速度没有明显影响。 b.地应力对井壁稳定性的的影响： (a)po、pc（均匀与非均匀）均有影响，地应力越不均匀，差值越大，影响越大。 (b)如果ρm太小，软弱岩层就会产生剪切破坏而坍塌或者出现塑性流动而缩径。如果ρm过大，又会使地层破裂。 (c)Pf与地应力的大小紧密相关。 (2) 孔隙压力对岩石性能的影响 1)孔隙压力的影响 各向压缩效应：井底的岩石，如属干的或不渗透、或孔隙度小且孔隙中不存在液气时，增大围压一方面增大岩石的强度，另一方面也增大岩石的塑性，这两方面的作用统称为“各向压缩效应”。 当孔隙液体是化学惰性的，岩石的渗透率足以保证液体在孔隙中流通形成一致的压力，且孔隙的形状能使孔隙压力全部传给岩石固体骨架时， “各向压缩效应”取决于外压与内压之差（有效压力），外压指围压，内压指孔隙压力，也即孔隙压力降低了岩石的“各向压缩效应” 。 表1-10 有效应力的作用(MPa) 围 压 (σ1=p2) 孔隙压力 (pp) 有效应力 (σ3-pp) 岩石的破碎应力 （σ1-σ3） 0 0 0 59.8 34.5 34.5 0 58.4 13.8 6.9 6.9 106.0 20.7 0 20.7 171.0 34.5 13.8 20.7 169.1 44.8 24.1 20.7 166.7 69.0 48.3 20.7 167.1 34.5 0 34.5 211.0 48.3 13.8 34.5 211.8 69.0 34.5 34.5 212.7 55.2 0 55.2 253.8 69.0 13.8 55.2 250.4 孔隙压力的影响意义：降低了岩石的各向压缩效应。在考虑井壁的稳定时应对孔隙压力给予足够的重视。相反，在钻井中孔隙压力有助于岩石的破碎，从而提高钻井速度。 （3）液柱压力的影响 井底的岩石，如属不渗透、无孔隙液体时，增大钻井液的液柱压力ph将增大对岩石的各向压缩效应。导致岩石从脆性破坏转为塑性破坏，该压力为脆－塑性转变压力。详见实验结果 表1-11 液压ph对岩石硬度的影响(MPa) 岩石 泥灰岩 大理岩 白云岩 液压 硬度 相对值 硬度 相对值 硬度 相对值 0 498 100.0 803 100.0 - - 20 602 121.0 - - 3670 100.0 35 633 127.2 980 122.0 4136 112.7 65 773 155.4 1083 135.0 4220 115.0 85 856 172.0 1180 147.0 4504 124.0 95 1301 261.3 - - 4626 126.2 100 1626 306.0 1490 185.5 4940 134.7 1)随着液柱压力的增加，岩石强度有明显的增加。且岩石硬度越小，液柱压力对其硬度的影响越显著。 2)液柱压力对岩石强度起增强作用外